Membranski kanali i pumpe Flashcards
Zbog čega dolazi do gibanja otopljene tvari korz propusnu membranu?
Zbog elektrokemijskog gradijenta/potencijala koji je kombinacija električnog i kemijskog gradijenta
Kemijski gradijent - razlika u koncentraciji otopljene tvari između dva odjeljka
Električni gradijent ili membranski potencijal - nastaje kada su ioni suprotnog naboja odvojeni propusnom membranom te dolazi do separacije naboja
Do kojih energetskih promjena dolazi prolaskom hidrofilne tvari kroz biološku membranu?
Prvo je potrebno utrošiti energiju za dehidrataciju molekule (nepovoljno), ali se ta energija dobiva natrag izlazom spoja iz membrane
Ta energija je jako visoka te je membrana skoro nepropusna za polarne/nabijene tvari
Što su transporteri i kako se dijele?
To su proteini koji potpomažu difuziju polarnih i nabijenih molekula kroz membranu
Dijele se na kanale i prenositelje
Objasni podjelu prenositelja transportera
Primarni aktivni prenositelji/pumpe
Koriste energiju neke kemijske reakcije za prijenos tvari usprkos gradijentu
Sekundarni aktivni prenositelji/pumpe
koriste energiju prijenosa neke tvare uz smjer gradijenta za prijenos tvari usprkos gradijenta
Pasivni prenositelji
prenose tvari u smjeru gradijenta
Objasni razliku između kanala i prenositelja
Kanali puno brža brzina difuzije manja stereoselektivnost ne pokazuju efekt zasićenja supstratom oligomerni proteini
Prenositelji kataliziraju prijelaz preko membrane ali puno sporije pokazuju efekt zasićenja visok stupanj stereoselektivnosti preferentno monomerni proteini
Koje su vrste prijenosa s obzirom na broj supstrata koji se prenosi?
Uniport - samo jedan supstrat
Simport - dva supstrata u istom smjeru
Antiport - dva supstrata u suprotnom smjeru
Navedi primjer pasivnog prenositelja i opiši ga
Prenositelj glukoze u eritrocite - GLUT1
Ima 12 transmembranskih zavojnica, C i N kraj su orijentirani prema unutrašnjosti membrane, a tih 12 zavojnica stvaraju kanal koji je s vanjske strane hidrofoban(za vezanje na membranu) te unutar hidrofilan (za prolaz glukoze)
Opiši kinetiku prijenosa glukoze u eritrocite
Prijenos glukoze se po analogiji može opisati kao enzimska reakcija s 4 ravnotežne reakcije te određivanjem ovisnosti Vo o c(S) se dobiva hiperbola kao kod MM kinetike -> dolazi do efekta zasićenja
Opiši mehanizam prijenosa glukoze u eritrocite pomoću GLUT1
T1 i T2 konformacije - specifične za D-glukozu
T1 - vezno mjesto za glukozu na vanjskoj strani stanične membrane
T2 - vezno mjesto za glukozu na unutarnjoj strani membrane
Glukoza se veže na T1 konformaciju, koja se zatim prebacuje u T2 konformaciju te dolazi do disocijacije glukoze unutar stanice te onda “prazna” T2 konformacija prelazi u T1 konformaciju
Iako su ove reakcije sve reverzibilne, zbog gradijenta pri staničnim uvjetima, moguć je samo prijenos glukoze u stanicu te je nemoguće akumulirati više glukoze unutar nego izvan stanice
Važno je primjetiti mogućnost zasićenja enzima supstratom
Koji sve prenositelji glukoze postoji i kako se razlikuju
Ima ih 4 i tkivno su specifični, razlikuju se po Km za glukozu
GLUT1 - eritrociti - Km=1,5mM
GLUT2 - jetra - Km=66mM
Ima veliki Km jer u slučajevima kada je niska koncentracija glukoze, jetra treba raznositi glukozu do ostalih tkiva
GLUT3 - mozak - Km=1,5mM
GLUT4 - srce/mišići/adipociti - osjetljiv na inzulin
Kako inzulin utječe na aktivnost GLUT4?
Pri velikoj koncentraciji glukoze u krvi (obrok bogat ugljikohidratima) dolazi do lučenja inzulina koji aktivira GLUT4 koji omogućava unos glukoze u miocite i adipocite
Inzulin potiče integraciju GLUT4 u staničnu membranu (prvotno se nalaze u malim vezikulama unutar membrane) te nakon opadanja razine inzulina, dolazi do endocitoze koja rezultira vraćanjem GLUT4 u vezikule
Opiši podjelu obitelji primarnih aktivnih prenositelja -ATPaza
To je skupina proteina koja katalizira aktivni prijenos iona uz hidrolizu ATP-a
tip P - sudjeluju u aktivnom prijenosu kationa u stanici -> P je zbog reverzibilne fosforilacije
tip F - sudjeluju u reakcijama koje služe za dobivanje energije u mitohondrijima (prijenos protona), bakteirjama i kloroplastima -> F zbog energy-coupling Factor
tip V - slične tipu F te služe za povećanje koncentracije H+ u staničnim odjeljcima -> V zbog vakuolarni
Opiši Ca(2+) ATP-azu endoplazmatskog retikuluma
To je ATP-aza P tipa, uniporter je za ione Ca(2+) te održava konentraciju kalcija u citosolu ispod mikroM
U svakom ciklusu, prenose se dva Ca(2+) te se hidrolizira jedan ATP
To je transmembranski protein koji se sastoji od 10 transmembranskih zavojnica i 3 citoplazmatske domene - ATP vezna domena, P domena (događa se fosforilacija) i actuatorska domena (fosfatazna aktivnost)
Opiši mehanizam Ca(2+) ATP-aze
E1 konformacija - nesfosforilirana, visok afinitet za kalcij i ima dva vezna mjesta za Ca izložena prema citosolu
Nakon vezanja Ca(2+), fosforilacijom Aspartata pomoću hidrolize ATP-a dolazi do promjene konformacije u E2 koja ima niski afinitet prema kalciju te su mjesta otvorena prema lumenu sarkoplazmatskog/endoplazmatskog retikuluma te se ioni otpuštaju
Opiši Na+K+ pumpu
ATP-aza P tipa - kotransporter za K+ i Na+ kontra gradijenta
Važna je za održavanje niske c(Na+) i visoke (K+) unutar stanice, tj održavanje elektrokemijskog gradijenta stanice
Za svaki hidrolizirani ATP, 2 K+ ulaze, a 3 Na+ izlaze iz stanice
Opiši mehanizam Na+K+ pumpe
3 Na+ se vežu na defosforilirani enzim s unutarnje strane stanice te dolazi do fosforilacije pomoću hidrolize ATP-a te promjene konformacije prema van gdje se otpušta 3Na+ i veže 2K+ te defosforlacijom se enzim otvara prema unutrašnjoj strani stanice te otpušta 2K+
Opiši strukturu i ulogu ATP-aza tipa F
Katalizira prijenos protona kontra gradijenta, kojeg pokreće hidroliza ATP-a, ali je moguća i obrnuta reakcija uz dovoljno veliki protonski gradijent te se ATP-aza tipa F naziva ATP sintaza
F0 integralni membranski proteinski kompleks osigurava transmembranski kanal za protone
F1 periferni protein koristi energiju hidrolize ATP-a za prijenos protona kontra gradijenta
ATP sintaza je jako važna za biosintezu ATPa u mitohondrijima/kloroplastima
Opiši ABC (ATP-binding cassette) prenositelje
To je velika obitelj pumpi ovisnih o ATP-u koji prenose AK, peptide, proteine, metalne ione, lipide, žučne soli itd.
Sastoje se od 2x6 transmembranskih zavojnica i 2xcitosolne ATP-vezne domene(cassette)
Opiši ulogu prenositelja laktoze
To je kotransporter(simporter) koji koristi gradijent H+ da uvodi laktozu unutar stanice
Prenositelj laktoze je spregnut s protonskom pumpom koja odvozi H+ izvan stanice kontra gradijenta da upostavi kemijski gradijent potreban za prenositelj laktoze
U odsutnosti tog gradijenta, dolazi do izjednačavanja koncentracije laktoze jer aktivni transporter sad postaje pasivni
Opiši strukturu i mehanizam prenositelja laktoze
Sastoji se od polipeptidnog lanca s 12 transmembranskih regija
E1 - veliki afinitet za laktozu, otvoreno prema vanjskoj strani stanice
E2 - nizak afinitet za laktozu, otvoreno prema unutrašnjoj strani stanice
Vezanjem i laktoze i H+ dolazi do promjene konformacije
Opiši Na+ glukoza simporter
To je enzim u epitelnim stanicama crijeva koji prenosi 2Na+ i glukozu unutar stanice
Za prijenos glukoze u stanicu se koristi energija elektrokemijskog potencijala Na+ (zbog elektrokemijskog gradijenta uspostavljenog Na+K+ pumpom)
Što su ionofori?
Organske molekule koje prenose ione preko stanične membrane te narušavaju elektrokemijski gradijent
Letalni su za stanicu
Npr. antibiotici valinomicin i gramicidin A
Valinomicin veže K+ kojeg iznosi izvan stanice niz koncentracijski gradijent
Mogu biti mobilni (nosači) ili kanalnog tipa
Kako se regulira aktivnost ionskih kanala?
Zatvaranjem i otvaranjem, to je uzrokovano ili vezanjem liganada ili zbog membranskog potencijala te su te promjene jako brze
Što su akvaporini?
To su kanali za prijenos vode
Nalate se u svim plazma membrana svih organizama i imaju jako visok obrtni broj
Visoko su specifični - propuštaju vodu, ali ne i H3O+ (zbog arginina, histidina i dipola alfa- zavojnice)
Opiši strukturu i način djelovanja akvaporina
Sastoji se od 4 ista monomera, a svaki monomer ima 6 transmembranskih zavojnica te 2 kraće zavojnice i jednu transmembransku poru
Kanal se sužava na 2,8 angstrema u sredini tako da ograniči veličinu molekule koja može proći
Karbonili peptidnih veza i Asparagini ostvaruju vodikove veze s molekulom vode
Prijenos protona se sprječava - argininom i histidinom, električni dipol alfa zavojnica te sama struktura zavojnice spriječava stvaranje lanca molekula vode (Grotthussov mehanizam)
Opiši strukturu kanala za ione kalija
Četiri identične transmembranske podjedinice koje formiraju strukturu stošca -> širi dio je okrenut prema vanjskom dijelu membrane
Visoko je specifičan za K+ ->10000puta brže prolazi nego Na+
Omogućava difundiranje K+ iz citoplazme u izvanstanični prostor
Kako se ostvaruje specifičnost kanala prema kaliju?
Atomi karbonilnih kisika iz kanala “zamjenjuju” molekule vode u hidratacijskoj sferi kalija te se stvara koordinacijska sfera za kretanje K+
Ne dolazi do ovakvih interakcija s Na+ zbog manje veličine iona
Zbog elektrostatskog odbijanja K+, moguće je samo popuniti ili 1. i 3. mjesto i 2. i 4. mjesto u kanalu
Kako se regulira otvaranje kanala za ione kalija?
Promjenom membranskog potencijala
Transmembranske zavojnice sadrže četiri ostatka Arginina koji su osjetljivi na promjenu potencijala, ako dođe do pozitivnog naboja na tim ostatcima, događa se konformacijska promjena zavojnica
