Transport over membraner

Question 1

Hva skjer når en transporter er koblet til en energikilde?

Answer 1

Transportere kan være koblet til en energikilde for å katalysere aktiv transport som, sammen med selektiv passiv permeabilitet, danner store forskjeller i komposisjonen av cytosol sammenlignet med enten den ekstracellulære væsken, eller væsken inni membranomsluttede organeller.

Question 1

Hvilke to klasser av membranproteiner har vi?

Answer 1

(1) Transportere som gjennomgår sekvensielle konformasjonsendringer for å transportere spesifikke små molekyler.
(2) Kanaler som danner smale porer og tillater passiv transmembranbevegelse primært for vann og små uorganiske molekyler. Kanalene er enten fullstendig åpne eller fullstendig lukkede, noe som bestemmes av konformasjonelle endringer av kanalen.

Question 2

Hvilke faktorer påvirker diffusjonsraten?

Answer 2

Diffusjonsraten blir devis påvirket av størrelsen på molekylet, men i hovedsak er det molekylets relative hydrofobisitet (løsningsevne i olje) som påvirker diffusjonsraten.

Question 3

Hvilke molekyler kan diffundere over lipidlaget?

Answer 3

Små og hydrofobe (eller ikke-polare) molekyler kan diffundere over membranen, slik som O2 og CO2.
Små uladede polare molekyler kan også diffundere over lipidlaget, men noe saktere.

Question 4

Hvilke molekyler kan IKKE diffundere over lipidlaget, og hvorfor?

Answer 4

Ladede molekyler (ioner) kan ikke diffundere over membranen. Det er fordi ladningen deres og den høye graden av hydrering hinder dem fra å gå inn i hydrokarbonfasen av lipidlaget.

Question 4

Hva er en konsentrasjonsgradient?

Answer 4

Forskjellen i konsentrasjonen av et stoff på de to sidene av membranen. Konsentrasjonsgradienten vil drive passiv transport, og vil bestemme retningen på transporten.

Question 5

Hva er membranpotensialet?

Answer 5

Membranpotensialet er forskjellen i elektrisk potensial over membranen.

Question 5

Hva er aktiv transport?

Answer 5

Aktiv transport er transport over plasmamembranen mot konsentrasjonsgradienten, og som derfor må være knyttet til en energikilde. Aktiv transport styres av transportere hvor pumpeaktiviteten er retningsbestemt fordi den er tett bundet til en kilde av metabolsk energi, slik som en iongradient eller ATP-hydrolyse.

Question 6

Hva er den elektrokjemiske gradienten?

Answer 6

Den elektrokjemiske gradienten er en netto drivkraft som er summen av konsentrasjonsgradienten og membranpotensialet.

Question 6

Hva er passiv transport?

Answer 6

Passiv transport er transport over plasmamembranen som ikke behøver en energikilde fordi transporten foregår ned konsentrasjonsgradienten. Passiv transport av et stoff med netto ladning, påvirkes også av den elektrokjemiske gradienten av membranen.

Question 7

Hva er Vmax?

Answer 7

Vmax er når transportraten til transporteren er maksimum - altså når alle de substratbindende setene er okkupert. Vmax er transporterens maksimale hastighet for å flippe mellom de konformasjonelle tilstandene.

Question 8

Hva er Km?

Answer 8

Km er transporterens karakteristiske affinitet for substratet, som er det samme som konsentrasjonen av substratet når transportraten er halvparten av maksimum verdi.

Question 9

Hva er en F-type ATPase (Atp-syntase)?

Answer 9

F-type ATPasen er struturelt relatert til V-type pumpene, men de jobber i revers: istedenfor å bruke ATP-hydrolyse til å drive transport av H+, bruker de H+-gradienten over membranen til å syntese av ATP fra ADP og fosfat. H+-gradienten blir generert enten under elektrontransport-trinnene i oksidativ fosforylering, eller av den lysdrevne H+-pumpen.

Question 9

Hvilke tre typer ATP-drevne pumper har vi?

Answer 9

(1) P-type pumper, som fosforylerer seg selv under syklusen.
(2) ABC transportere, som primært pumper små organiske molekyler over membranen.
(3) V-type pumper, som er en turbin-lignende proteinmaskin som overfører H+ til organeller for å gjøre interiøret til organellene syrligere.

Question 9

Nevn de tre hovedmåtene som celler driver aktiv transport på.

Answer 9

(1) Koblede transportere
(2) ATP-drevne pumper
(3) Lys- eller redoks-drevne pumper

Question 9

Hvordan er transportere bygd opp?

Answer 9

Typisk er de bygd opp av bunter av 10 eller flere a-helikser som strekker seg over membranen. Bindingsseter for substrater og ioner er lokalisert midtveis gjennom membranen, hvor noen helikser er ødelagte eller forvrengt slik at sidekjeder fra aminosyrer og atomer fra polypeptidreyyrader danner bindingsseter.

Question 10

Hvordan er strukturen til P-type transport ATPaser?

Answer 10

De inneholder 10 transmembran a-helikser som er bundet til tre cytosolske domener. I Ca2+-pumpen vil sidekjeder fra aminosyrer stikke ut fra transmembranheliksene og danne to sentralt plasserte bindingsseter for Ca2+.
I pumpens ATP-bundne, ikke-fosforylerte tilstand, er disse bindingssetene tilgjengelige kun fra den cytosolske siden av SR-membranen.

Question 11

Hva er trinnene i den molekylære mekanismen av P-type transport ATPaser?

Answer 11

(1) Binding av Ca2+ trigger en rekke konfromasjonelle endringer som lukker passasjen til cytosol, og aktiverer en fosfo-overføringsreaksjon hvor det terminale fosfatet av ATP blir overført til en aspartat.

(2) ADP dissosierer og blir erstattet av en ny ATP.

(3) Dette forårsaker en konformasjonell endring som åpner passasjen til SR-lumen, og de to Ca2+-ionene går ut.

(4) To H+-ioner erstatter Ca2+, og vannmolekyler stabiliserer de tomme bindingssetene.

(5) Pumpen lukker seg.

(6) Hydrolyse av fosforyl-aspartat-bindingen åpner passasjen til cytosol, og H+ blir frigjort og pumpen går tilbake til sin initielle konformasjon.

Question 12

Hva gjør Na+/K+-pumpen?

Answer 12

Pumpen opprettholder konsentrasjonsforskjellene av Ca+ og K+. Vanligvis er konsentrasjonen av K+ høyere inni cellen enn den er utenfor, og for Na+ er det motsatt.
Pumpen er en antiporter, og den pumper 3 Na+ ut av cellen for hver 2 K+ den pumper inn.

Question 13

Hva betyr det at Na+/K+-pumpen er elektrogenisk?

Answer 13

Det betyr at den driver en netto elektrisk ladning over membranen, og virker å lage et elektrisk potensial, med cellens innside negativt ladet i forhold til utsiden.

Question 14

Hvordan fungerer en ABC-transporter?

Answer 14

Hver transporter har to svært konserverte ATPase-domener på den cytosolske siden av membranen.

(1) ATP-binding bringer domenene sammen.
(2) ATP-hydrolyse fører til dissosiering av de to domenene.

Bevegelse av domene blir overført til transmembransegmenter, som driver sykluser av konformasjonelle endringer som vekselsvis eksponerer bindingsseter for substrater på hver av de to sidene av membranen. På den måten høster ABC-transportere energien som frigjøres ved binding og hydrolyse av ATP, til å drive transport av stoffer over membranen.

Question 15

Hva er en “gap junction”?

Answer 15

En “gap junction” er en kanal som dannes mellom to celler som ligger ved siden av hverandre, hvor hver av de to plasmamembranene bidrar med en like stor andel til dannelsen av kanalen, som forbinder cytoplasma i de to cellene.

Question 16

Hva er en ionekanal?

Answer 16

Det er en smal, svært selektiv kanal som binder cytosol til cellens eksteriør, og som kan åpne og lukke seg raskt.
Kanaler driver kun passiv transport.

Question 17

Hvordan forhindrer akvaporiner gjennomstrømningen av ioner?

Answer 17

Kanalene har en smal pore som tillater vannmolekyler å passere i en enkelt fil ved å følge veien av karbonyloksygener som utgjør en side av poren. Hydrofobe aminosyrer utgjør den andre siden av poren. Poren er for smal til at hydrerte ioner kan komme inn, og energikostnaden ved å dehydrere et ion vil være enorm fordi den hydrofobe veggen av poren ikke kan samhandle med et dehydrert ion for å kompensere for tapet av vann.

Question 18

Hva er det som gjør ionekanaler selektive?

Answer 18

Porene må være smale nok på et punkt til å tvinge det passerende ionet inn i intim kontakt med veggene i kanalen, slik at kun ioner med passende størrelse og ladning kan passere.

Question 19

Hvilke typer stimuli forårsaker åpning av en ionekanal?

Answer 19

(1) endring i spenning over membranen.
(2) mekanisk stress
(3) binding av en ligand
(4) fosforylering / defosforylering

Question 20

Hva er en depolarisering?

Answer 20

Et skifte i membranpotensialet til en mindre negativ verdi på innsiden.

Question 21

Hva er ansvarlig for å generere aksjonspotensialet?

Answer 21

Spenningsstyrte kationkanaler.

Question 22

Hvordan forekommer et aksjonspotenisal?

Answer 22

(1) En stimuli forårsaker tilstrekkelig depolarisering

(2) Depolariseringen fører til åpning av spenningsstyrte Na+-kanaler, noe som tillater at små mengder av Na+ kommer inn i cellen

(3) Influks av positiv ladning depolariserer membranen ytterligere

(4) Depolariserigen fører til at enda flere Na+-kanaler åpnes

(5) Enda flere Na+-ioner kommer inn i cellen, som fører til ytterligere depolarisering

(6) Depolariseringen senses av nærliggende celler, noe som forårsaker depolarisering av disse cellene -> aksjonspotensialet sprer seg

Question 23

Når stopper aksjonspotensialet?

Answer 23

Den selv-amplifiserende prosessen fortsetter til det elektriske potensialet i den lokale regionen har skiftet fra hvileverdi på omtrent -70 mV til +50 mV.
På dette punktet, når netto elektrokjemisk drivkraft for strømmen av Na+ er nesten 0, vil cellen komme til en nytt hvilepotenisale, med alle sine Na+-kanaler permanent åpne.

Question 24

Hvilke mekanismer redder cellen fra å ha permanent åpne Na+-kanaler?

Answer 24

(1) Na+-kanalene vil automatisk inaktiveres

(2) Spenningsstyrte K+-kanaler åpnes for å gjenopprette membranpotensialet til sin initielle verdi

Question 25

Hva er hyperpolarisering?

Answer 25

Bevegelse av cellens membranpotensial mot en mer negativ verdi, noe som forårsakes av åpning av K+-kanaler.

Question 26

Hva er ionotropiske og metabotropiske reseptorer?

Answer 26

Ionotropiske reseptorer er ionekanaler som er tilstede på raske kjemiske synapser.

Metabotropiske reseptorer er G-protein kobla reseptorer som binder seg til alle andre neurotransmittere. Signalisering ved slike reseptorer er mer langsom og kompleks, og varer lenger.

Question 27

Hvordan overføres neuronale signaler?

Answer 27

(1) Et aksjonspotensial ankommer den presynaptiske cellen

(2) Depolarisering av membranen vil åpne spenningsstyrte Ca2+-kanaler

(3) Influks av Ca2+ trigger frigjøring av neurotransmittere som er lagret i synaptiske vesikler og frigjort ved eksocytose inn i kløften

(4) Neurotransmittere diffunderer raskt over kløften og provoserer en elektrisk endring i den postsynaptiske cellen ved å binde seg til og åpne transmitterstyrte ionekanaler

(5) Etter neurotransmitteren har blitt sekretert, blir den raskt fjernet enten ved at den ødelegges av enzymer i kløften, eller ved at de blir tatt opp av den presynaptiske nerveterminalen eller omkringliggende glial-celler, og gjenbrukt

(6) Transmitterstyrte ionekanaler konverterer raskt ekstracellulære kjemiske signaler til elektriske signaler