TRANSPORT PREZE BŁONY
BIOLOGICZNE
Joanna Aksamit
TRANSPORT PREZE BŁONY
BIOLOGICZNE
Joanna Aksamit
RODZAJE TRANSPORTU
Wyróżniamy transpotr bierny i
transportr aktywny
Transport bierny odbywa się zgodnie z
gradientem stężeń oraz bez nakładu
energii
Transport aktywny zakłada
przenoszenie substancji odwrotnie do
gradientu stężeń po obu stronach błony
przy zużyciu energii
TRANSPORT BIERNY
Może odbywać się na dwa sposoby:
dyfuzja prosta – transport substancji
może się odbywać poprzez przenikanie
przez błony (taką zdolność mają małe
cząsteczki obojętne chemicznie np. woda,
gazy oddechowe, steroidy) Swobodnie
przez błonę nie mogą przenikać cząstki
naładowane – jony. Ich transport odbywa
się przez odpowiednie im kanały
TRANSPORT BIERNY
dyfuzja ułatwiona – zachodzi z udziałem
transbłonowych białek transportowych –
przenośników błonowych (translokaz)
Umożliwiają one transport większych
związków jak jony pojedynczych atomów,
np. reszt fosforanowych, aminokwasów,
węglowodanów
DYFUZJA PROSTA
Kanały jonowe
umożliwiają jonom przepływ przez błone
zgodnie z gradientem stężeń.
prędkośćprzepływu zbliżona do dyfuzji
cechuje je wysoka selektywność – zwykle
przepuszczają tylko jeden rodzaj jonu (z
wyjątkiem kanałów kationowych)
KANAŁY JONOWE
Kanały potrafią do pewnego stopnia kontrolować swoją
pracę:
Występują w trzech stanach konformacyjnych:
otwartym, zamkniętym i gotowości
Początkowo kanał znajduje się w stanie gotowości (nie
przepuszcza jonów) pod wpływem różnych czynników
przechodzi w stan otwarty.
Jony mogą swobodnie przepływać.
Po pewnym czasie stan otwarty spontanicznie
przechodzi w stan zamknięty.
Stan zamknięty jest nieczuły na bodźce gotowości.
Stan zamykający przechodzi w stan gotowości i cykl
powtarza się od nowa.
KANAŁY JONOWE
Rodzaje czynników pobudzających
powodujących otwarcie się kanałów
jonowych klasyfikują kanały jonowe na:
Bramkowane napięciem (potencjałem)
Bramkowane ligandem
Bramkowane naprężeniem mechanicznym
RECEPTOR ACETYLOCHOLINOWY
TYPU N
Jest to receptor bramkowany ligandem
Zbudowany z podjednostek: α
2
βγδ
Ligand ACh przyłączany jest jednocześnie do miejsc
złączy α-γ α-δ, do otwarcia kanału potrzeba 2-óch
cząsteczek ACh
Przyłączenie ACh powoduje zmiany konformacyjne i
otwarcie kanału dla jonów Ca2+ i Na+
Powoduje to szybką depolaryzację błony komórki –
tzw szybki pobudzający potencjał postsynaptyczny
(fEPSP)
Powoduje to: skurcz mięśni szkieletowych,
pobudzenie neuronu zazwojowego, lub uwalnianie
amin ketecholowych z rdzenia nadnerczy
KANAŁ NA+
Jest bramkowany napięciem na błonie czyli
różnicą potencjałów elektrycznych, w stanie
wejściowym błona posiada potencjał
spoczynkowy, a kanał jest zamknięty
Kanał Na+ jest łańcuchem polipeptydowym,
końce N i C znajdują się w środku komórki, a
pętle wystają z obu stron
Składa się z 4ech podjednostek, każda złożona
jest 6 α-helikalnych przezbłonowych domen
Por kanału znajduje się miedzy 5 i 6 helisą
Od strony światła zawiera kwasowe
(naładowane ujemnie) aminokwasy
KANAŁ K+
Jest bramkowany napięciem na błonie czyli różnicą
potencjałów elektrycznych, w stanie wejściowym błona
posiada potencjał spoczynkowy, a kanał jest zamknięty
Kanał K+ jest tetramerem zbudowanym analogicznie
jak kanał Na+
Por kanału ma kształt stożka, biegnie on przez środek i
zwęża się ku wnętrzu komórki
Por i jego ujście wypełnione są cząsteczkami wody, w
najwęższym punkcie kanału przeciśnięcie się przez
niego jonu K+ jest możliwe tylk ogdy pozbędzie się on
otoczki hydratacyjnej
Odcinek ten buduje 5 reszt aa, pełnią rolę filtra –
preferuje jon K+ który ma 100x większe powinowactwo
niż jon Na+, który jest przecież mniejszy
KANAŁ K+
Interakcje z obecnymi w filtrze atomami tlenu
pozwalają na uwolnienie jonu K+ z otoczki wodnej,
jednak nie robią tego z jonem Na+
Uwodniony jon Na+ jest zbyt szeroki i nie
przechodzi przez kanał do komórki
Po przejściu przez filtr selektywności jon K+
wchodzi w drugie miejsce wiązania o dużym
powinowactwie
Gdy drugi jon K+ zostanie związany w pierwszym
miejscu wiązania – następuje ich elektryczne
odpychanie i pierwszy jon K+ trafia do komórki
Inaktywacja kanału zachodzi poprzez zamknięcie
jego poru.
DYFUZJA UŁATWIONA
W mechanizmie dyfuzji wspomaganej
występuje wiele podobieństw z
interakcją enzymu i substratu:
Istnieje swoiste miejsce wiązania
cząsteczki
Przy pewnym stężeniu substratu białko
transportowe ulega wysyceniu (v
max
)
Istnieje stała wiązania (K
M
)
Transport może ulec zachamowaniu przez
inhibitory kompetycyjne
DYFUZJA UŁATWIONA
Translokazy występują w 2óch stanach
konformacyjnych – gotowości i uwalniania
przeniesionego związku, cykl ich pracy polega
na ciągłym przeskakiwaniu pomiędzy ww.
stanami.
Szybkość przenoszenia danej substancji zależy
od gradientu jej stężenia po obu stronach błony
Aktywność translokaz może być regulowana
hormonalnie, np. przenośnik glukozy GLUT-4
jest aktywowany przez insulinę
DYFUZJA UŁATWIONA
Ze względu na ilość cząsteczek transportowanych
przez przenośnik w jednym cyklu wyróżniamy 2
rodzaje transportu z udziałem przenośnika:
unitransport – gdy naraz przenoszona jest tylko jedna
cząstka
kotransport – gdy przenoszone są naraz dwie
cząsteczki. Wyróżniamy dwa rodzaje kotransportu:
•
symport – przenoszone cząsteczki docelowo znajdują się po
jednej stronie błony, np. przenoszenie glukozy lub aa
jednocześnie z kationem Na+
•
antyport – przenoszone cząsteczki są po stronach
przeciwnych, np. pompa Na+/K+
TRANSPORT PRZEZ BŁONY MITOCHONDRIALNE
Szczególną obfitość rodzajów
przenośników zawiera błona
mitochondrialna.
Wszystkie translokazy mitochondrialne
są podobnie zbudowane, tj. z
ustawionych szeregowo trzech
powtórzeń tandemowych modułu 100
reszt aa
Każde z powtórzeń posiada
prawdopodobnie 2 elementy
transbłonowe
RODZAJE PRZENOŚNIKÓW
Lp
.
Nazwa przenośnika
Rodzaj
kotranspo
rtu
Wymieniane związki
uwagi
Do
wewnątrz
Na zewnątrz
1
Fosforanowy
Antyport
H
2
PO
4
-
OH
-
2
Pirogronianowy
Symport
Pirogronian
H
+
---------
3
Anionów
dwukarboksylowych
Antyport
Jabłczan
2-
bursztynian
2-
Fumaran
2-
HPO
4
2-
4
Anionów
trójkarboksylowych
Antyport
Jabłczan
2-
Cytrynian
3-
i H
+
5
α-ketoglutaranowy
Antyport
Jabłczan
2-
Ketoglutaran
2-
6
Nukleotydów
adeninowych
antyport
ADP
3-
ATP
4+
Blokowany
przez
atraktylozyd
TRANSPORT AKTYWNY
Jet to proces niekorzystny energetycznie - wymaga sprzężenia z
innym, bardziej korzystnym procesem, np. hydrolizą ATP, ruchem
elektronów lub światło (u roślin).
Transport aktywny wykazuje pewne podobieństwa z dyfuzją
ułatwioną:
oba przebiegają z udziałem białek transportowych, występujących w dwóch
stanach konformacyjnych (w przypadku transportu aktywnego nie są to
translokazy, lecz pompy),
wykazują swoistość względem jonów, aa i węglowodanów,
wykazują cechy reakcji enzymatycznej, choć bez interakcji kowalencyjnych
Transport aktywny jest jednokierunkowy (a dyfuzja ułatwiona –
dwukierunkowa) zachodzi on zawsze przeciwnie do kierunku
wyznaczonego przez gradient stężeń (właśnie do jego przełamania
wymagana jest energia).
TRANSPORT AKTYWNY
Białkami aktywnie transportującymi
cząsteczki przez błonę są pompy.
Wyróżnia się dwa rodzaje pomp
wykorzystujących ATP
ATP-azy typu P, ulegają fosforylacji w
miejscu specyficznej reszty Asp i mogą
podlegać zmianom konformacyjnym
białka ABC – pompy posiadające kasetę
wiążącą ATP (ang. ATP binding cassette =
ABC)
CYKL PRACY ATP-AZY TYPU P
pompa w wyjściowym stanie konformacyjnym wiąże
cząsteczki: ATP oraz substancję przenoszoną –np. jon,
ATP ulega rozszczepieniu, a jego grupa γ-fosforanowa –
przeniesieniu na specyficzną resztę Asp,
powyższa fosforylacja przesuwa równowagę w kierunku
drugiego stanu konformacyjnego, co powoduje
wyeksponowanie miejsca wiązania po drugiej stronie błony,
pozwalając przenoszonej cząstce na odłączenie się,
niższe powinowactwo pompy do jonu w drugim stanie
konformacyjnym powoduje ich dysocjację,
wraz z uwolnieniem jonu uwalniana jest również grupa
fosforanowa,
zdefosforylowana pompa powraca do pierwotnego stanu
konformacyjnego.
PRZYKŁADY POMP ATP-AZY TYPU P
Na+/K+-ATPaza
białko błonowe obecne w większości komórek organizmu, zwłaszcza w
komórkach pobudliwych
Posiada miejsca wiążące dla wszystkich trzech składników, tj. ATP, Na+ i K+.
Hydroliza ATP (i praca pompy) zachodzi tylko w sytuacji, gdy obydwa jony są
związane.
Podczas jednego cyklu pracy 3 jony Na+ transportowane są na zewnątrz
komórki, a 2 jony K+ do jej wnętrza.
Pompa sodowo-potasowa jest elektrogenna, tzn. ma pewien (ok. 10 %)
wkład w utrzymywanie błony w stanie spolaryzowanym (utrzymywanie
potencjału spoczynkowego).
Pracę Na+/K+-ATPazy hamują inhibitory – glikozydy nasercowe: ouabaina
(strofantyna – glikozyd skrętnika) oraz digoksyna i digitoksyna (glikozydy
naparstnicy), stosowane jako leki zwiększające kurczliwość mięśnia
sercowego, wskazane gł. w stanach jego niewydolności
PRZYKŁADY POMP ATP-AZY TYPU P
H+/K+-ATPaza
pompa protonowa obecna w komórkach
okładzinowych żołądka.
Poprzez transport protonów do jego światła
utrzymuje silnie kwaśny odczyn, pozwalając
na aktywację enzymów i niszcząc bakterie.
Jej funkcja jest regulowana przez ACh
(receptor M1) i histaminę (receptor H2).