*Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
Faktory ovlivňující transport přes membrány Velikost molekul: Malé molekuly jako voda, kyslík, kysličník uhličitý mohou volně procházet přes membrány, na rozdíl od většiny větších molekul .
Rozpustnost v tucích: Látky rozpustné v tucích (nepolární, hydrofóbní) procházejí přes membrány snadno – glycerol, mastné kyseliny
Náboj: Fosfolipidová dvojvrstva je pro veškeré nabité částice (ionty) nepropustná.
Existence kanálů a přenašečů Tyto proteinové přenašeče transportují jsou nezbytné pro přenos polárních nabitých a v tucích nerozpustných molekul přes membránu *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
Membranový transport: přehled A: Klasifikace z hlediska fyzikálního 1. Transport přímo přes membránu Difůze Osmóza 2. Transport prostřednictvím specializovaných membránových proteinů Kanály Přenašeče 3. Transport prostřednictvím membránových váčků Fagocytóza Endocytóza Exocytóza
B: Klasifikace na základě energetických požadavků 1. Pasivní transport Osmosa Prostá difůze Usnadněná difůze 2. Aktivní transport Primární aktivní transport Uniport Spřažený transport Symport Antiport Sekundární aktivní transport Transport prostřednictvím membránových váčků Fagocytóza Endocytóza Exocytóza *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
A. Membranový transport z hlediska fyzikálního 1. Přímo přes membránu
glycerol
Mastné kyseliny
Pomocí transportních proteinů
2.
Ionty Aminokyseliny -
kyslík
voda
+
++
-
++
+
-
+
++
++
+
difůze / osmóza *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
LDL,HDL
proteiny
++ +
ethanol
neurotronsmitery viry
+
++
CO2
Glukóza Nukleotidy
Prostřednictvím membránových váčků
3.
KANÁL
usnadněná difůze
-
PŘENAŠEČ přenašečový transport
Fagocytóza Endo-/Exocytóza
http://www.blackwellpublishing.com/matthews/neurotrans.html
B. Membránový transport na základě energetických požadavků
1.
Pasivní transport transport Pasivní Osmóza
Prostá difůze
ATP T
2.
Usnadněná difůze
ATP
Aktivní transport transport Aktivní
voda
P
kanály
přenašeče
přenašeče *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
DIFŮZE = pohyb molekul z místa vyšší koncentrace do místa nižší koncentrace
*Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
Základní pravidla prosté difůze: Molekuly se pohybují z místa vyšší koncentrace do místa nižší koncentrace. Rozdíl mezi koncentracemi obou složek nazýváme koncentrační spád (gradient). Molekuly obou složek se mísí dokud nenastane rovnováha Čím větší je rozdíl v koncentracích dvou složek větší, tím rychleji se molekuly pohybují
ATP
Difůze je samovolný proces – nevyžaduje přísun energie z jiného zdroje, využívá pouze kinetickou energii mísících se molekul Nízká teplota
Difůze je nepřímo úměrná velikosti molekul. Větší molekuly difundují pomaleji.
Pomalá difůze
Rychlá difůze
Difůze je přímo úměrná teplotě. Při vyšší teplotě je difůze rychlejší
*Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
Vysoká teplota
Pravidla specifická pro difůzi přes membrány: Rychlost difůze… …závisí na rozpustnosti
molekul v membránových lipidech
…je přímo úměrná ploše membrány
…je nepřímo úměrná tloušťce membrány
rozpustné
méně rozpustné
nerozpustné
*Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
Difůze molekul vody přes semipermeabilní membránu nazýváme…
OSMÓZA
Semipermeabilní membrána Rozpuštěná látka voda
je propustná pro vodu ale ne pro rozpuštěnou látku.
*Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
Jak poznáme, že mezi dvěma roztoky probíhá osmóza? Jak určíme směr pohybu molekul vody? Srovnáním koncentrace obou biologických roztoků (%, g/L)
Nižší koncentrace
Vyšší koncentrace
Osmóza
Stejná koncentrace
Osmóza neprobíhá *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
Pokud srovnáváme koncentraci dvou roztoků s rozdílnými rozpuštěnými látkami, je v souvislosti s osmotickými ději správné používat termín
OSMOLARITA (Osm)
= počet osmoticky aktivních částic (molekul, resp. iontů) v 1 litru roztoku
U disociujících látek: 1 OsM =
1 M x počet iontů počet molekul
U nedisociujících látek: 1 OsM = 1 M 1 mol = 6.02 x 1023 molekul ( Avogadrova konstanta) *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
semipermeabilní membrána
Roztok A
Roztok B
H 2O H 2O
50 Částic v 1 litru roztoku
10 Částic v 1 litru roztoku
Vyšší osmolarita
Nižší osmolarita
(více částic v litru roztoku)
(méně částic v litru roztoku)
Voda se vždy bude pohybovat z roztoku B do roztoku A
Hyperosmotický
Hyposmotický
k roztoku B
k roztoku A *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
*Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
Rozpuštěná látka
H2O rozpouštědlo
Nižší osmolarita (méně částic na objem. jednotku) Vyšší osmolarita (více částic na objem. jednotku)
Kg (pound)
Voda je (na základě koncentračního gradientu) nasávána do válce přes semipermeabilní membránu
Rozpuštěná látka
H2O rozpouštědlo
Nižší osmolarita (méně částic na objem. jednotku) Vyšší osmolarita (více částic na objem. jednotku)
Voda je (na základě koncentračního gradientu) nasávána do válce přes semipermeabilní membránu
OSMOTICKÝ TLAK
Kg (pound)
Sílá, která zvedá závaží, se nazývá..
*Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
Membranový transport: přehled A: Klasifikace z hlediska fyzikálního 1. Transport přímo přes membránu Difůze Osmóza 2. Transport prostřednictvím specializovaných membránových proteinů Kanály Přenašeče 3. Transport prostřednictvím membránových váčků Fagocytóza Endocytóza Exocytóza
B: Klasifikace na základě energetických požadavků 1. Pasivní transport Osmosa Prostá difůze Usnadněná difůze 2. Aktivní transport Primární aktivní transport Uniport Spřažený transport Symport Antiport Sekundární aktivní transport Transport prostřednictvím membránových váčků Fagocytóza Endocytóza Exocytóza *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
kanály
ATP T Prostá difůze
Spojují přímo vnější a vnitřní prostředí buňky Tvoří vodou vyplněný pór
Transportují malé molekuly, především ioty a vodu Transport probíhá velmi rychle
přenašeče
ATP Aktivní transport ATP T Usnadněná difůze
Nikdy přímo nespojují vnější prostředí s vnitřním Vyskytují se ve dvou konformacích – jsou otevřeny buď ven z buňky nebo dovnitř buňky Transportují větší molekuly [glukóza, nukleotidy] Transport je pomalejší ale vysoce selektivní
*Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
ATP T Prostá difůze
Kanály:
Otevřené kanály Umožňují volný pohyb iontů oběma směry. Nazývají se póry. Otevřené kanály pro transport vody se nazývají akvaporiny.
Vrátkové kanály Součástí kanálu jsou tzv. vrátka – speciální proteinová oblast , která uzavírá vstup do kanálu. Otvírání vrátek je vyvoláno specifickými podněty a tím je regulován pohyb částic kanálem.
Membrána Intracelulární prostor
Vrátka otevřena
Vrátka uzavřena *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
Vrátkové kanály - regulace
ATP T Simple diffusion
Otvírání vrátek je regulováno následujícími mechanismy: A. Elektrickým signálem B. Vazbou chemického mediátoru (Intracelulárně nebo extracelulárně) C. Fyzikálními vlivy [teplota, tlak]
A. Elektricky regulován +++
+++
---
---
Změna polarity membrány
B. Chemicky regulován
ligand mediátor
C. Mechanicky regulován
teplota tlak *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
Většina kanálů jsou tzv.
Iontové kanály Funkce iontových kanálů: transportují výhradně anorganické ionty, především Na+, K+, Cl- a Ca2+ na zlomky sekund se otvírají a umožní tak transport iontů, pro které je jinak membrána nepropustná
Bacteriální K+ kanál Tvoří selektivní filtr, který kontroluje, jaké ionty mohou přes kanál projít a které ne.
Typické vlastnosti iontových kanálů: Iontově specifické: Kanálem mohou být transportovány pouze ionty, pro které je daný kanál specifický. Selektivita závisí na průměru, tvaru a typu aminokyselin ve vnitřní části kanálu Vrátkové: Iontové kanály se otvírají pouze na krátkou dobu, většinu času jsou uzavřeny
*Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
a jejich role při vzniku
NERVOVÉHO SIGNÁLU *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
Na+ Na+
Na+ Na+
TRANSPORTNÍ MEMBRÁNOVÉ PROTEINY
Jsou zodpovědné za vznik elektrického impulzu (AP – akční potenciál)
Na
+
+
Na+ Na+
Na+
Na+
Na+
Na+ Na+ Na
+
Na+
Na+
+++
+++
- +-
- +-
+
... a tím šíření nervového vzruchu...
*Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
Nerovnoměrná distribuce iontů na membráně Hlavním kationtem vně buňky je sodíkový iont Na+. Vysoká koncentrace Na+ vně buňky a K+ uvnitř buňky je v buňce zajišťován tzv. sodno-draselnou pumpou Na+ K+ pumpa neustále transportuje Na+ ven z buňky a K+ dovnitř buňky. K činosti pumpy je potřeba energie
Uvnitř buňky je náboj mírně negativní: většina organických molekul [ bílkoviny] uvnitř buňky má negativní náboj; ten je vyrovnán sodíkovými kationty K+, hlavním intracelulárním kationtem *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
+ kationty vně buňky a
-
anionty uvnitř buňky jsou vzájemně přitahovány, ale jsou oděleny membránou
+ + + + +
-
- -
+
- - -
Pokud by se membrána stala pro tyto ionty dočasně propustná Ionty by se rychle pohybovaly směrem po koncentračním spádu.
Buněčná membrána plní funkci
přehradní hráze: Membrána odolává elektrochemickým silám, které navzájem ionty přitahují Ionty [podobně jako voda za přehradní hrází] mají potenciální energii.
Separací + a - nabitých částic je na membráně vytvořen
elektrický potenciál *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
Membránový potenciál
Vyjadřuje rozdíl mezi: + nábojem vně buňky
-
nábojem uvnitř buňky
Buňka v klidovém stavu [transport iontů přes membránu je v rovnováze], má tzv.
klidový membránový potenciál. Membránový potenciál… je vyjádřen rozdílem napětí (volty, milivolty) vně a uvnitř membrány uvádí se v záporných hodnotách vzhledem k zápornému náboji uvnitř buňky. pohybuje se v rozpětí -20mV až -200 mV, v závislosti na organismu a typu buňky.
*Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
Elektricky řízené kanály a membránový potenciál Elektricky řízené kanály mají speciální proteinovou doménu, která je mimořádně citlivá na změny elektrického membránového potenciálu. Na+
Elektrické změny nad prahem citlivosti způsobí otevření kanálu Na+
Na+ Na+
Otevřený kanál umožní rychlý průtok iontů membránou. Tok iontů je zaznamenán jako elektrický proud, který náhlé změní polaritu membrány. Tento elektrický signál na membráně neuronů je nazýván nervový impulz nebo
Na
+
+
Na+ Na+
Na+
Na+
Na+
Na+ Na+ Na
+
Na+
Na+
+++
+++
- +-
- +-
+
akční potenciál [AP] ¾ AP je obvykle vyvolán elektricky řízenými Na+ kanály ¾ AP umožňuje rychlý přenos nervového signálu mezi vzdálenějšími místy.
Změna membránového potenciálu
*Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
*Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
Na+
+
Na+
Na+
Na+ Na+
Na+ Na+
+ +
_+
Na+
+
Na+
Na+ Na+
Na+ Na+
+
Na+ Na+
+
Na+
_
Na+ Na+
Na+
+ + +
++
Na+
+
Na+
Na+
+
+ +
_
+ _+
-
kanál
pčenašeč
_+
_
_
ENERGIE
*Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
Na+
+
Na+
+
Na+
Na+ Na+
+ +
Na+
_+
Na+
_
+ + +
Na+
_+
+
kanál
+ Na+
_+
Na+ Na+ Na+
Na+
Na+ Na+
+ Na+
Na+
_
+
pčenašeč Na+
Na+
+ +
Na+
Na+
++
Na+
_
+
+
depolarizace membrány
_
Porucha činnosti a vznik nemoci
CYSTICKÁ FIBRÓZA *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
Cystická fibróza • Dědičné onemocnění • Postihuje nejvíce plíce a slinivku břišní • Vyznačuje se produkcí abnormálně hustého mukózního sekretu Hustý mukózní sekret ucpává vývod pankreatu
žaludek
Hustý mukózní sekret ucpává dýchací cesty, ztěžuje dýchání a je příčinou častých infekcía
Mukózní sekret omezuje vývod pankreatické šťávy a tím zhoršuje trávení a vstřebávání živin
vývod pankreatu
slinivka
*Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
CYSTICKÁ FIBRÓZA porucha chemicky regulovaného kanálu, který transportuje Cl- ionty ven z buňky Důsledek: • • • • •
Nepropustnost plazmatické membrány pro ClTím je porušen i transport sodíku NaCl se akumuluje v dýchacích cestách. Slané prostředí navíc inhibuje defensin – obrannou látku dýchacích cest proti vstupu baktérií. Vytvářejí se fibrózní cysty na plicích a v pankreatu, kde blokují sekreci enzymů.
*Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
Přenašeče
ATP
ATP T
Nikdy netvoří přímé spojení
mezi extracelulárním a intracelulárním buněčným prostorem
Přenašeče mají jedno nebo více specifických vazebných míst pro přenášenou částici. Vazebné místo se střídavě otevírá na jednu stranu Membrány a následně na druhou stranu..
Přenašeče se vyskytují ve dvou prostorových formách (konformacích): Forma “A” : vazebné místo pro přenášenou částici je otevřeno ven z buňky Forma “B” : vazebné místo pro přenášenou částici je otevřeno dovnitř buňky
A
B
*Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
Přenašeče:
ATP
Typ a počet transportovaných částic
ATP T
Uniport – přenašeč, který transportuje pouze jeden typ částice Spřažený transport – přenašeč transportuje dva typy molekul najednou ¾Symport: molekuly jsou transportovány stejným směrem ¾Antiport: molekuly jsou transportovány v opačném směru
uniport
symport
antiport *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
Přenašeče
ATP
Aktivní transport ATP T
Usnadněná difůze Transport nevyžaduje energii Probíhá po koncentračním spádu (z místa nižší koncentrace do místa vyšší koncentrace).
Přenašečový transport, který vyžaduje energii Probíhá proti koncentračnímu spádu (z místa nižší koncentrace do místa vyšší koncentrace). Takové přenašeče nazýváme pumpy. ATP Aktivní transport - pumpa
ATP T Usnadněná difůze
P “Do kopce” “Dolů z kopce“ *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
Na+ K+ pumpa
Neustále pumpuje Na+ ionty ven z buňky K+ dovnitř buňky A vytváří tak trvalý gradient, který je využíván k dalším Procesům v těle
Existuje několik cest, kterými je glukóza přiváděna do buněk *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
GLUKÓZA: Transport pasivní – - usnadněnou difůzí
ATP T
Transport glukózy z krve do buněk probíhá usnadněnou difůzí. (Aktivní spřažený glukózovy transport – viz dále)]
Rychlost usnandněné difůze glukózy přes membránu buněk je přímo závislá na koncentraci glukózy v plazmě (glykémii).
Pokud je koncentrace glukózy v plazmě abnormálně nízká [hypoglykémie], pak transport glukózy především do mozkových buněk může být nedostačující. Těžká hypoglykémie např. u diabetiků předávkovaných inzulinem může vést k bezvědomí (hypoglykemický šok) nebo dokonce ke smrti. *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
GLUKÓZA: Transport aktivní – spřažený Na+ transport
ATP
Sekundární aktivní transport: Na+ jsou transportovány po směru koncentračního spádu a s sebou „strhnou“ glukózu proti směru koncentračního spádu
Primární aktivní transport: Na+ a K+ jsou aktivně pumpovány Proti směru koncentračního spádu A vytváří tak trvalý gradient V koncentraci Na+ a K+ *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
Glukózový přenašečový protein
je součástí buněčných membrán a zásadním způsobem ovlivňují metabolismus glukózy v těle
Při funkčních poruchách těchto membránových molekul dochází k onemocnění např.
Diabetes mellitus – „cukrovka“, úplavice cukrová
*Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
INZULIN Udržení fyziologické
GLYKÉMIE
(6 mmol/l)
Další GLUT 4
INZULÍNOVÝ RECEPTOR - STIMULACE BUNĚČNÁ MEMBRÁNA
GLUT 4
(přenašeč pro glukózu)
Transport glukózy do buňky
Přemístění váčku k membráně a zabudování glukózových přenašečů do membrány
GLUT 4 váček
Signální dráha inzulinu k membránovému váčku s GLUT 4 přenašeči
Normální stav *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
NEDOSTATEK inzulinu
vysoká
GLYKÉMIE
INZULÍNOVÝ RECEPTOR
GLUT 4
(přenašeč pro glukózu)
BUNĚČNÁ MEMBRÁNA
GLUT 4
(přenašeč pro glukózu)
Příjem glukózy buňkou je omezen
Glukózové přenašeče nejsou transportovány do membrány - NEDOSTATEK PŘENAŠEČU
GLUT 4 váček
Nedostatečná stimulace receptoru k inzulínu
SIGNÁL JE NEDOSTATEČNÝ
DIABETES I typu IDDM (insulin dependent Diabetes mellitus)
*Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
NADBYTEK inzulinu
vysoká
GLYKÉMIE
INZULÍNOVÝ RECEPTOR
GLUT 4
(přenašeč pro glukózu)
BUNĚČNÁ MEMBRÁNA
GLUT 4
(přenašeč pro glukózu)
Příjem glukózy buňkou je omezen
Glukózové přenašeče nejsou transportovány do membrány - NEDOSTATEK PŘENAŠEČU
*Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
GLUT 4 váček
Snížená citlivost receptoru k inzulínu
SIGNÁL JE NEDOSTATEČNÝ
DIABETES II typu IIDM (insulin independent Diabetes mellitus)
Membranový transport: přehled A: Klasifikace z hlediska fyzikálního 1. Transport přímo přes membránu Difůze Osmóza 2. Transport prostřednictvím specializovaných membránových proteinů Kanály Přenašeče 3. Transport prostřednictvím membránových váčků Fagocytóza Endocytóza Exocytóza
B: Klasifikace na základě energetických požadavků 1. Pasivní transport Osmosa Prostá difůze Usnadněná difůze 2. Aktivní transport Primární aktivní transport Uniport Spřažený transport Symport Antiport Sekundární aktivní transport Transport prostřednictvím membránových váčků Fagocytóza Endocytóza Exocytóza *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
ATP
Membrane-bound vesicle
Endocytosis It is essential function, always taking place. The cellular uptake of particles, that are too large to cross the membrane
Cells use two basic mechanisms to move larger particles “in” or “out” of the cell.
Phagocytosis “ cell eatting “ process occurs only in certain type of white blood cells called phagocytes
It can be: 1. nonselective [pinocythosis – process when extracellular fluid droplets enter cell] 2. highly selective allows only specific molecules to enter the cell [receptor mediated endocythosis] Exocytosis - opposite of endocytosis. Cell uses it to export proteins synthesized within the cell and to get rid of waste, left in lysosomes.
Process by which cells engulfs a foreigner particle [or bacteria] into vesicles. Vesicles fuses with lysosome and digest enzyme destroy the particles.
*Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
SNAREs proteins SNAREs are transmembrane proteins which help direct transport vesicles to their target membrane. v-SNAREs are marker protein on the vesicles t-SNAREs are marker protein on the target membrane
v-SNAREs bind to complementary t-SNAREs on the target membrane
SNAREs proteins play a central role in membrane fusion Pairing of complementary v-SNAREs and t-SNAREs forces the two lipid bilayers fuse
*Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
Synapse: Endocytosis / exocytosis
Protein exocytosis
*Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
Receptor mediated endocytosis
ATP
By receptor mediated endocytosis are transported protein hormones, growth factors, antibodies, cholesterol.
Protein receptors on the cell surface bind to their specific ligand
Cell membrane creates little pit…
…and small vesicles which separate from membrane
Abnormalities in receptor-mediated removal of cholesterol Cholesterol must be bind to lipoprotein LDL for transport in the blood. Cholesterol is taken into cell by LDL-receptor endocythosis. Genetic defect [hypercholesterolemia] decreases number of LDL –receptors. Cholesterol cannot be normally transport into the cell and remains in the plasma. High blood level of LDL-cholesterol develop atherosclerosis *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
LDL HDL
lipoprotein ( = low density lipoprotein; „ZLÝ cholesterol“) – přivádí cholesterol do buněk lipoprotein ( = high density lipoprotein; „HODNÝ cholesterol“) odvádí cholesterol z periferie do jater
Přebytečný cholesterol je vylučován formou žlučových kyselin
Cholesterol z potravy
LDL
LDL-receptor
HDL receptor
LDL-receptor
Recyklace cholesterolu
JATERNÍ BUŇKY
HDL
SOMATICKÁ BUŇKA cholesterol
*Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
Membranový transport: přehled A: Klasifikace z hlediska fyzikálního 1. Transport přímo přes membránu Difůze Osmóza 2. Transport prostřednictvím specializovaných membránových proteinů Kanály Přenašeče 3. Transport prostřednictvím membránových váčků Fagocytóza Endocytóza Exocytóza
B: Klasifikace na základě energetických požadavků 1. Pasivní transport Osmosa Prostá difůze Usnadněná difůze 2. Aktivní transport Primární aktivní transport Uniport Spřažený transport Symport Antiport Sekundární aktivní transport Transport prostřednictvím membránových váčků Fagocytóza Endocytóza Exocytóza *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
Membrane transport process according energy requirement
ATP T
ATP *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
Active transport
Secondary active transport = coupled transport
Primary active transport Hydrolysis of ATP is directly required for the function of carrier protein
ATP
ADP
ATP energy is used as primary source
+ Pi [inorganic phosphate]
Antiport: Na+ K+ pump Uniport: H+ pump Ca+ pump
Couples the kinetic energy of one molecule moving down its concentration gradient to the movement of another molecule against its concentration gradient
Symport: Transported molecules go in the same direction across the membrane Antiport: molecules go in opposite direction 1. ATP ATP energy Is primarily used for pumping ions against concentration gradient [most commonly Na+ out of the cell] 2. Energy of ions moving down its concentration gradient is secondary used to move another molecules against concentration gradient.
Secondary energy
The most common secondary active transport systems are driven by the sodium concentration gradient.
*Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
Primary active transport: Model of proton pump M+ [A]
[B]
[C]
[D]
[A] Carrier protein binds the cationt on the inside of the cell [B] Carrier protein is phosphorylated by ATP [C] Phosphorylation leads to conformational change that expose the cation to the outside of the cell and make cation to diffuse away [D] Release of the phosphate ion from the protein into the cytosol an restore the initial configuration so new cycle pumping can to start *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
Na+K+ pump Na+ Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
K+ +
K
+
K +
K
Na+ Na+
K+
Na+
K+ *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
Secondary active transport: [A]
[B]
[C]
[D]
[A] Initially concentration: The binding site of carrier protein is exposed to outside environment and can bind a proton [B] this binding results in conformational change that permits a molecule of S-substrate to be bound [C] The binding of substrate cause another conformational change that expose the binding sites inside of the cell [D] Release of a proton and substrate to the cell’s interior restore the original conformation of carrier and allows a new pumping cycle to begin *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
*Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
*Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
Energy requirement ATP
ATP T
No energy
Energy from ATP
diffusion
Simple diffusion
Molecule goes Through lipid bilayer
Endocytosis
Facillited diffusion
Secondary Active transport
Primary Active transport
Transport requires membrane proteins
Exocytosis Phagocytosis
Membrane-bound vesicles
Physical requirement *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
Příklady vybraných látek a způsobu jejich transportu přes membránu Aktivní transport
Pasivní transport přímo přes membrán u O2, CO2
xxx
mastné kyseliny
xxx
glycerol
xxx
močovina
xxx
voda
xxx
ionty (Na+, K+, H+, Ca+)
prostá difůze (kanály)
usnadněná difůze
unipo rt
(přenašeče)
spřažený transport
sekundár ní
membránový mi
(symport, antiport)
transport
váčky
xxx xxx
glukóza
xxx
nukleotidy
xxx
aminokyseliny
xxx
xxx
xxx
xxx
xxx
xxx
proteiny
xxx
cholesterol
xxx
neuromediátory
xxx *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
difusion
H2O ions
Through membrane
Simple d. [channels]
x
x x
facilitate d. [channels]
uniport
cotransport
x
x
Secondary Membrane Active tr. vesicles
x
*Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*
Hlavní funkce cytoplasmatické membrány Fyzikální bariéra: odděluje vnitřní obsah buňky od vnějšího prostředí. Regulace: membrána aktivně kontroluje pohyb molekul v obou směrech Biomembrany jsou selektivně permeabilní.
Komunikace mezi buňkou a okolním prostředí: Buněčná membrána obsahuje receptory kterými buňka rozpoznává změny v okolí a reaguje na ně.
Stavební a podpůrná funkce: Proteiny buněčného cytoskeletu zajišťují tvar buňky. Membránové proteiny tvoří mezibuněčná spojení
*Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*