4. A membrántranszport folyamatok jelentősége és típusai; az aktív transzport megvalósulásának módjai Flashcards
Mi eresztődik könnyen át a membránon és ezt mi befolyásolja?
Mik nem képesek diffúzióval átjutni a membránon (illetve ennek sebessége a sejt szempontjából nem kielégítő), azaz mire impremeábilis?
Permeábilis ezekre a membrán, diffúzióval átjutnak a membránon ezek a molekulák:
- Kisméretű hidrofób molekulák (O2, N2, CO2, szteroid, hormonok) –> koncentráció gradiens kiegyenlítődéséig tarthat
- Kisebb, töltés nélküli poláris molekulák (pl.: víz, etanol) –> diffúzió mértékét befolyásolja a molekulaméret és a polaritás mértéke
Impermeábilis:
- Nagyméretű poláris molekulák (pl.: glükóz) és
- töltött részecskék
Így a membrán szemipermeábilis = valamire áteresztő, valamire nem
Példák membrán transzport fehérjékre
- Sejtek táplálkozása cukrokkal
- Mitokondriumból ATP kijuttatása a citoszolba
- Lizoszómánál pH csökkentéséhez szükséges H+ ionok lumenbe pumpálása
Ionofórok hatása
- Hatásukra jelentősen megnő egyes ionok diffúziós sebessége –> káros élettani folyamatokat eredményeznek (sejtmérgek), ezt az antibiotikumok egy része ki is használja
- Két fő típus: mobilis ionkarrierek (flip-flop mozgással szállítanak) és hidrofil csatornaképzők
Ionofórok példái
- valinomicin (ionkarrier, K+ ionokat szállít)
- 2,4-dinitrofenol (ionkarrier, protonokat szállít)
- gramicidin (csatornaképző, egyszeres töltésű kationokat szállít)
Membrán transzport proteinek típusai
- Két típus:
- Ioncsatornák: mindkét irányba nyitott hidrofil pórusok, ionok könnyített diffúziójához, sok ion rövid idő alatt
- Transzporterek: Más néven permeázok vagy karrierek, térszerkezet változással visznek át, egyszerre csak egy irányba nyitottak
Ionok membrán transzportja a membrán két oldalán
–> Na+, K+, Ca2+, Cl- és H+ megfelelő koncentrációjának kialakítása fontos a membrán két oldalán, és a membránpotenciál meghatározása is élettani jelentőségű (P réteg alapállapotban negatívabb az E rétegnél, így a membránpotenciál negatív)
- -> extracelluláris térben: Na+ és Cl-
- -> intracelluláris térben: K+ és egyéb negatív töltésű ionok “ellensúlyoznak”
Ionok szállításánál nem csak a koncentráció gradiens (kémiai hajtóerő) számít, hanem a membránpotenciál (elektromos hajtóerő) is, a kettő eredőjeként beszélünk ún. elektrokémiai gradiensről az egyes ionok esetében
Membrán transzport folyamatok típusai energetikai szempontból
- Passzív transzport: Könnyített diffúzió, koncentráció gradienssel egy irányban, energia befektetés nélkül, kiegyenlítődésig tart (pl.: glükóz permeáz a plazmamembránban)
- Aktív transzport: Koncentráció gradiens ellenében, termodinamikailag kedvezőtlen irányban, energia befektetés kell hozzá, hatására nő a koncentráció gradiens, pl.: Na+-K+ pumpa a plazmamembránban
Csatornák –> csak passzív transzport
Transzporterek –> aktív (pumpa) és passzív is
Karrierek és transzporterek működésének alapelve és transzporter típusok
- Karriereknél a molekulák és ionok közötti megkülönböztetés a kötőhelyhez való illeszkedés alapján történik
- Passzív transzportnál két konformáció (bekötődés, konformáció változás, lelökődés, konformáció változás –> ping-pong mechanizmus –> pl.: glükóz permeáz így működik)
- Típusok:
- Uniport
- Kotranszport (kapcsolt transzport) –> szimport (egyirányú kapcsolt szállítás) és antiport (ellentétes irányú kapcsolt szállítás)
Aktív transzporterek, pumpák honnan nyerhetik az energiájukat?
- ATP-ből
- Fényből (elsődleges)
- Kotranszport eredő energiájából (másodlagos aktív transzport)
A Na+-K+ pumpa által felhasznált ATP
Akár a sejt által megtermelt ATP 1/3-a is lehet, de nélkülözhetetlen a sejt ozmotikus egyensúlyának kialakításához és a membránpotenciál szinten tartásához
–> Ha felborul az ozmotikus egyensúly: híg közegben a sejt káros megduzzadásához vezetne
A Na+-K+ pumpa működése
- -> ATP-vel működő antiporter
- -> Eredmény: a citoszolban a kifelé pumpált Na+ koncentrációja 10-30-szor alacsonyabb, a K+ koncentrációja 10-30-szor magasabb, mint a sejten kívül
Működés: Kezdetben a citoszol felé nyitott, 3 Na+ iont köt meg –> kétféle konformáció közötti változáshoz az energiát egy ATP hidrolízise adja (egy specifikus kináz enzim foszforilálja a pumpát az ATP terhére) –> a pumpa affinitása csökken a Na+-ra, az extracelluláris térbe távoznak az ionok –> K+ ionra az affinitása így nagyobb, így 2 K+-ot visz a citoszolba –> a konformációváltozás egy foszfatáz enzim defoszforiláló hatása miatt történik meg
Ca2+ pumpa működése
- Na+-K+ pumpához hasonló működésű. Célja: a szabad Ca2+ szint alacsonyan tartása a citoszolban
- Az izomszövet sejtjeiben van különösen sok belőle
- Uniporter, egyszerre 2 Ca2+ a sejten kívüli térbe vagy az ER-be egy ATP hidrolízisével
A bakteriorodopszin működése
A bakteriorodopszin: a halobaktérium transzmembrán fehérjéje a plazmamembránban
- Felépítés: Retinal nevű bíbor színű A-vitamin származék kapcsolódik kovalensen a fehérje transzmembrán doménjéhez, ezáltal a struktúra fényérzékeny és proton pumpálásában vesz részt
- Működése: Beérkező fotonok gerjesztő hatására konformáció változás –> a retinal elhalványodik, lead egy protont egy aszparaginsavnak a rodopszinban, ami a protont a membránon keresztül a külvilágba juttatja –> a retinal egy aszparaginsavon keresztül a citoszolból nyert protonnal reprotonálódik, újra bíbor színű lesz
- Protonok kipumpálásának célja: A baktériumok a proton gradiens segítségével állítják elő a létfenntartásukhoz szükséges energiát, illetve táplálkozásukhoz is szükséges ez a pH különbség
Másodlagos aktív transzport, milyen példa van erre?
–> Olyan kotranszport, ahol az egyik molekula/ion kedvezőtlen irányba megy, a másik pedig kedvezőbe, és a kettő eredője kedvező
Példa: Na+ ás glükóz szimportja a bélhámsejtek apikális felszínén
–> a Na+ gradiense a citoszol felé mutat, a glükózé a bél felé, a Na+ gradiense mentén történő passzív szállítás hajtja a glükóz aktív felvételét –> közel 200-szoros glükóz koncentráció különbséget képes létrehozni
- -> a bélhámsejt bazolaterális oldalán passzív transzporttal távozik a glükóz. Az okkludin övek megakadályozzák a folyadékkeveredést, és a két felszín különböző transzporterei közötti összekeveredést is
- -> Így létrejöhet a glükóz egyirányú, transzcelluláris transzportja a bélből a bélhámsejteken keresztül a szövetek irányába
Csatornafehérjék működése
- Szabályozott működésűek és szelektívek –> ionméret (a csatorna mérete alapján) és töltés alapján, ionszelektívek (a csatorna felé néző aminosavaktól függ)
- Két formája lehet: nyitott és zárt, nyitottan passzívan szállítanak ionokat, zártan nem jutnak át ionok rajtuk
- Példa: K+ csatorna, alapállapotban zárt, inger hatására kinyílik
- Nincs konformációváltozás, így kb. 1000-szeres sebességgel jutnak át ionok a karrierekhez képest
