Transport bliski i
daleki jonów
Transport bliski i
daleki jonów
TRANSPORT BIERNY I AKTYWNY PRZEZ BŁONY
KOMÓRKOWE
Transport bierny cząsteczek odbywa się
zawsze spontanicznie, zgodnie z
gradientem jej energii swobodnej
(stężenia). Może zachodzić na drodze
dyfuzji prostej bądź ułatwionej. W tym
drugim przypadku w przeniesieniu
cząsteczki uczestniczą białka błonowe
(kanały bądź przenośniki).
Transport cząsteczki wbrew
gradientowi stężenia zawsze
wymaga doprowadzenia energii i
dlatego nazywa się transportem
aktywnym.
SKŁADOWE SIŁY NAPĘDOWEJ (GRADIENTU
ENERGII SWOBODNEJ) TRANSPORTU BIERNEGO
W PRZYPADKU JONÓW SIŁĄ NAPĘDOWĄ
TRANSPORTU PRZEZ BŁONY JEST GRADIENT
POTENCJAŁU ELEKTROCHEMICZNEGO
SUBSTANCJI ORAZ POTENCJAŁ
TRANSBŁONOWY.
W PRZYPADKU CZĄSTECZEK OBOJĘTNYCH
SIŁĄ NAPĘDOWĄ TRANSPORTU PRZEZ BŁONY
JEST GRADIENT POTENCJAŁU
CHEMICZNEGO SUBSTANCJI
Podstawy Biologii Komórki, Alberts i wsp. 1999.)
2. PRZENOŚNIKI BIAŁKOWE
1. KANAŁY JONOWE
Typy kanałów białkowych:
(A) Regulowane zmianę potencjału błonowego
(B) i (C) Regulowane chemicznymi ligantami
(D) Regulowane stymulacja mechaniczną
Podstawy Biologii Komórki, Alberts i wsp. 1999.)
TRANSPORTERY BIERNE
1.
Transportery pierwotne
2.
Transportery wtórne
Transportery pierwotne, do przeniesienia cząsteczki przez błonę
wykorzystują energię świetlną bądź energię chemiczną pochodzącą z
rozkładu wiązań fosforanowych.
Transportery wtórne do przeniesienia przez błonę cząsteczki wbrew
gradientowi jej stężenia wykorzystują pierwotną siłę motoryczną wytworzoną
przez pompy protonowe.
TRANSPORTERY AKTYWNE
AKTYWNE TRANSPORTERY PIERWOTNE
1. Transportery typu ABC
AKTYWNE TRANSPORTERY PIERWOTNE
Transportery typu ABC to P-ATPazy posiadające w swojej strukturze dwie
konserwatywne sekwencje wiążące nukleotydy(tzw. ATP-binding cassete) zwane
także sekwencjami NBF (NBF
1
i NBF
2
).
FUNKCJE:
transport do wakuoli
szerokiej grupy tzw.
wtórnych metabolitów
(flawonoidy, antocyjany,
produkty rozkładu
chlorofilu) i ksenobiotyków
(herbicydy i metale ciężkie).
Roślinne ABC transportery
transportują te substancje
jako koniugaty glutationowe
(GS=glu-cys-glu).
Ca
2+
ATPazy należą do grupy P-ATPaz. Są pojedynczym łańcuchem
polipeptydowym, z 6-cioma segmentami transbłonowymi i domeną
regulatorową (N-koniec) wiążącą kalmodulinę.
2. P-ATPazy (pompy jonowe)
a. Ca
2+
ATPazy
AKTYWNE TRANSPORTERY PIERWOTNE
FUNKCJA: regulacja cytoplazmatycznego stężenie Ca
2+
i udział w
sygnalingu komórkowym.
AKTYWNE TRANSPORTERY PIERWOTNE
2. P-ATPazy (pompy jonowe)
b. pompy metali ciężkich (HMA)
FUNKCJE:
- dostarczanie metali niezbędnych do syntezy
metaloprotein (błony pęcherzyków Goldiego),
- usuwanie z cytoplazmy toksycznych metali (tonoplast i
plazmolema)
Biochemistry and Molecular Biology
(2000, Buchanan at al.)
AKTYWNE TRANSPORTERY PIERWOTNE
2. P-ATPazy (pompy jonowe)
c. plazmolemowa H
+
ATPaza (pompa protonowa)
Regulacja aktywności: odwracalna
fosforylacja C-końca i przyłączenie białka
14-3-3.
BUDOWA: pojedynczy polipeptyd (około 100kDa)
posiadającym 8 do 10 odcinków tranmembranowych. Duża,
wysoce konserwatywna pętla po stronie cytoplazmatycznej
zawiera centrum wiążące ATP, a mała pętla pomiędzy 2 i 3 -
helisą ulega fosforylacji tworząc ufosforylowane
intermediaty charakterystyczne dla wszystkich P-ATPaz.
Hydrofilny odcinek łańcucha z wolną grupą karboksylową
stanowi domenę autoregulatorową.
V-ATPaza:
enzym składa się z dwóch sektorów: V
1
i
V
0
. Hydrofilowy sektor V
1
(tzw.główka) wystający z
błony po stronie cytoplazmatycznej tworzą trzy kopie
polipeptydów A (funkcja katalityczna) i B
(podjednostka regulatorowa) oraz dodatkowe
polipeptydy (C,,E,G,H – stator i D,F, tzw. trzonek).
Integralny sektor błonowy zbudowany z 6-ciu kopii
proteolipidu c tworzą kanał protonowy oraz
polipeptydów a (stator) i d (trzonek).
AKTYWNE TRANSPORTERY PIERWOTNE
3. F,V ATPazy
b. tonoplastowa V-ATPaza (pompa protonowa)
PP
i
aza:
14 helisy tranmembranowe tworzące kanał protonowy,
sekwencja DVGADLVGKVE - miejsce wiązania i hydrolizy PP
i.
CS1, CS2 i CS3 -konserwatywne segmenty domeny
katalitycznej.
AKTYWNE TRANSPORTERY PIERWOTNE
4. Tonoplastowa pirofosfataza (pompa protonowa)
Pompy protonowe plazmolemy i
tonoplastu generują gradient
elektrochemiczny błony stanowiący tzw.
pierwotną siłę protomotoryczną (pmf)
wykorzystywaną przez transportery
wtórne do przenoszenia substancji przez
błony
Transporter wtórny
(symporter)
POMPA PROTONOWA
ATP/PP
I
ADP/P
I
ŚWIATŁO
Współdziałanie pomp protonowych i transporterów wtórnych
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Transporter wtórny
(antyporter)
AKTYWNE TRANSPORTERY WTÓRNE
+
Z uwagi na powinowactwo do substratu transportery wtórne
dzielą się na:
1. Transportery wysokiego powinowactwa (HATS, ang. High
Affinity Transport System)
2. Transportery niskiego powinowactwa (LATS, ang. Low
Affinity Transport System)
Mogą mieć charakter białek:
1. Konstytucyjnych (ciągła ekspresja genów kodujących)
2. Indukcyjny (ekspresja genów kodujących indukowana
substratem)
AKTYWNE TRANSPORTERY WTÓRNE
HKT1
HPT1
HST1
Biochemistry and Molecular Biology (2000,
Buchanan at al.)
AKTYWNE TRANSPORTERY WTÓRNE
Struktura
Pobieranie jonów z roztworów
glebowych
1. Kationy
•
głównie kanały jonowe,
•
wtórne transportery wysokiego powinowactwa (K
+
)
2. Aniony
•
głównie wtórne transportery wysokiego powinowactwa
•
czasami wtórne transportery niskiego powinowactwa
Transport do naczyń (tzw. załadunek
naczyń)
Kationy i aniony: wtórne transportery niskiego powinowactwa do
substratu
Transport z naczyń (tzw. rozaładunek
naczyń) do komórek liści
Kationy: kanały jonowe
Aniony: wtórne transportery niskiego powinowactwa do
substratu
Transport do wakuoli (magazynowanie
lub detoksykacja cytoplazmy)
•
Kationy: P-ATPazy (Ca-ATPaza; Me-ATPazy) i wtórne (tylko K
+
)
transportery niskiego powinowactwa do substratu
•
Aniony: wtórne transportery niskiego powinowactwa do
substratu
Transport z wakuoli do cytoplazmy
Kationy i aniony: wtórne transportery niskiego powinowactwa do
substratu