Membrán, transzport
rso ghost
vvt
hipotónia
normotónia
iso
~50 membrán fehérje mutáció
megváltozott morfológia
Figure 4. Red cell morphology. Hereditary spherocytosis (HS; top panel); nonhemolytic hereditary elliptocytosis (HE; middle panel); elliptocytes, poikilocytes, and fragmented red cells in hemolytic HE (bottom panel). BLOOD, 2008, 112(10)
Membránon keresztül folyó transzportfolyamatok →A membrán lehet : – lipid kettősréteg – sejtmembrán
→A transzport energetikailag lehet: – passzív – aktív
→A transzportált anyag →Transzportált anyagok száma, transzport iránya: – uniport – symport, antiport
lehet: – vízoldékony – zsíroldékony
Vezikulák és MBL-ek
A lipid kettősréteg átjárhatósága:
*
Transzport mechanizmusok
*
pumpa fehérje
csatorna Aktív transzport
Karrier-mediálta és passzív transzport uniport
ionofór
Valinomycin (ionophore)
Aktív transzport formái Glükóz
Na+
szimport antiport
P
V F ABC
Intesztinális glükóz transzport
http://academic.brooklyn.cuny.edu/biology/bio4fv/page/sympo.htm
Membránon keresztül folyó transzportfolyamatok →A membrán lehet : – lipid kettősréteg – sejtmembrán
→Transzportált anyagok száma: – uniport – szimport, antiport
→A transzport energetikailag lehet: – Passzív (egyszerű diff., a lipid 2-s rétegen v. csatornán át, v. uniportmediált) – Aktív (kapcsolt vagy pumpált)
→A transzportált anyag lehet: – vízoldékony – zsíroldékony
Membrán transzport fajtái transzportált „S” oldékonysága alapján: A. Hidrofil B. Hidrofób
Cm K aq 1 C
Hidrofób molekulák transzportja • Passzív transzportot befolyásoló tényezők 1. R (lipid / víz particiós coeff.) 2. i.c. partició - Henderson-Hasselbach egy.
• Aktív pumpák – ABC (ATP binding casette) transzporterek (a) pumpa (b) csatorna (c) regulátor
– egyéb transzporterek
•
http://molinterv.aspetjournals.org/cgi/content/full/1/5/258
1. lipid-víz particiós coeff. meghatározza pl. az ált. anesztetikumok hatékonyságát
Membránban elért cc./hatékonyság
R-NH3+ R-NH2
R-NH2
lysosome pH ≈ 5
R-NH3+
cytoplasm pH ≈ 7
pK: azon pH, melynél a neutrális és a töltött molekulák cc.-ja egyenlő
2. Particiós coeff. pH-függése (Henderson-Hasselbach) meghatározza az amfifil anyagok ic. eloszlását
Hidrofób molekulák transzportja • Passzív mechanizmusok – R (lipid / víz particiós coeff.) – i.c. partició - Henderson-Hasselbach egy.
• Aktív pumpák – ABC (ATP binding casette) transzporterek (a) pumpa (b) csatorna (c) regulátor
– egyéb transzporterek
Az ABC-transzporter fehérjék általános felépítése TM sejtmembrán NBD TM
– 2 transzmembrán domén (TM) – 2 nukleotid kötő domén (= NBD = ATP binding domain, „motor”)
NBD ABC: ATP-Binding Cassette
Legfontosabb ABC transzporterek • • • • • •
Drog transzporterek primitiv sejtekben MDR 1 Pgp PC “flippáz” CFTR (a) pumpa TAP (b) csatorna (c) regulátor SUR
(a) (a) (a) (b,c) (a) (c)
Drog transzporterek primitív sejtekben • egy (pl. a sejt által termelt) antibiotikumra specifikusak • multidrog transzporterek – evolúciós előny "He that will not apply new remedies, must expect new evils." Francis Bacon (1561-1626); English philosopher, essayist, statesman.
– Plasmodium falciparum (malaria): chloroquin rezisztencia – Bakteriális drog transzporterek (belső, citoplazma membránban): – anyagfelvétel
Drog transzporterek primitív sejtekben
See also Lodish, Fig. 15-15
Alberts, Fig. 11-17
MDR1 gén kódolta Pglikoprotein (Pgp)
J. Biol. Chem., Vol. 280, Issue 4, 2857-2862, January 28, 2005
See also Lodish, Fig. 15-17
MDR1 gén kódolta P-glikoprotein (Pgp, ABCB1)
-Struktura:
2x6 transzmembrán domén, 2 NBD („kétütemű motor”)
-Kifejeződés:
mellékvese, bél, pancreas, vér-agy gát, rákos sejtek m.
-Szubsztrátjai: endogén: exogén:
-Knock-out: -Mechanizmus: -Jelentőség:
koleszterin? xenobiotikumok, drogok
vér-agy gát inszufficiencia membrán → vizes fázis rák kemoterápia, ?
Vér-agy gát
A bélhám sejtek ABC-pumpái és lokalizációjuk
Pgp MRP1 ABCG2
grapefruit juice (flavonoids)
Foszfatidilkolin (PC) flippáz (MDR2/ ABCB4) -Kifejeződés: májsejtek apikális felszíne -Szubsztrátjai: endogén: PC -Mehanizmus: Flippáz, PC-t forgat át a külső membrán lemezbe, ahonnan az epesavak kioldják az epébe
-Knock-out, genetikai betegség: PC- depléció az epében → cholangitis, halál 3-as típusú progresszív familial intrahepatikus cholestasis (PFIC)
PC epesavakat pufferelő hatása
sPgp
MDR3
A máj sejtek ABC-pumpái
ABCG5/G8
cholesterol
CFTR cisztikus fibrózis transzmembrán konduktancia regulátor: ATP-függő klorid csatorna és ATP-függő csatorna-regulátor. Hiányában: viszkózus nyák (pl. hörgőkben).
ATP a zárt állapotot stabilizálja. Hidrolizis
nyitás
*
Nature Cell Biology 8, 908 - 909 (2006)
TAP (oligopeptid transzporter): Virális és saját fehérjék oligopeptid proteaszomális lebontási termékeit transzportálják az ER lumenébe, ahol az MHC I fehérjékhez kötődve kerülnek ki a sejtek felszínére és mutatódnak be az immunrendszernek (CD8).
Alberts, Figure 24-58
.
K+
heterooctamer
SUR Glucose ↑ → ATP↑ → a zárt állapot stabilizálódik → depol. → insulin secr.
Asymmetric lipid composition
dinamikus egyensúly:
flippázok /floppázok
scramblase-k
Az ezt követő diák emlékeztető, vagy kiegészítőszemléltető anyagként szolgálnak
„multidrog (mdr) rezisztencia” „mdr reverzió” = „moduláció” drog cc.i
ATP-depletált Pgp+ sejtek vagy Pgp- sejtek
ATP-depletált Pgp+ sejtek +ATP t
Modell: másodlagos-aktív transzport mechanizmus
Mesterséges membránok 5-8 nm
MW
SDS gel electrophoretogram (SDS-PAGE) (vvt membrán fehérjék)
Lateral pressure profile
„surfactants”
(felszínaktív anyagok)
Q (hőfelvétel)
“Scanning calorimetry”
T
T
T>Tm
Z. Cournia, http://zarbi.chem.yale.edu/~zoe/
A koleszterin molekuláknak számos fizikai funkciója van a membránban: * Immobilizálja a foszolipid molekulák első néhány szénhidrogén csoportját. Ez a lipid kettősréteget a deformációval szemben ellenállóbbá teszi és lecsökkenti a kis vízoldható molekulák permeabilitását a membránon át. Koleszterin nélkül a sejteknek sejtfalra lenne szüksége (l. baktériumok) . * A koleszterin gátolja a fázis átalakulásokat a membránban: Tm alatt inkább fluidizál, felette stabilizálja a gélszerű doméneket.
Laterális inhomogenitás Sűrűség alapján: A szfingolipidek, a koleszterin és fehérjék együttesen a membránban DIG- (detergens inszolubilis glikolipid-) microdoméneket vagy “raft”-okat (tutajokat) képeznek.
Citoszekeletális kihorgonyzottság
A "raft“-ok funkciója: membránfehérjék laterális szervezettségének biztosítása, bizonyos jelátviteli folyamatokhoz szükséges elemek együttartása.
Membrán- fehérjék festése alapján: antigének Xkötése
Egyenletes eloszlás (csak más mikroszkópos technikákkal látható kisebb mikrodomének)
patch-ek
cap sejtkortex aktin hálózata
Diffúziós mérésekkel: Single Particle Tracking Kisebb mikrodomének
(40–23 nm)
FRAP Laterális diffúziós konstans, mobilis frakció
Membrán fehérjék laterális diffúziója: 10-11 – 10-12 cm2 s-1 Membrán lipidek laterális diffúziója: 10-8 – 10-9 cm2 s-1 t = 1 sec
s = 2 μm
Human NK cells readily form membrane nanotubes.
Chauveau A et al. PNAS 2010;107:5545-5550
©2010 by National Academy of Sciences
hidrofil anesztetikum
