Παθητική και ενεργητική μεταφορά μέσω μεμβρανών

Transcript

1 Παθητική και ενεργητική μεταφορά μέσω μεμβρανών

2 Εκλεκτική ανταλλαγή ουσιών Οι κυτταρικές μεμβράνες είναι εκλεκτικά διαπερατές (δεν επιτρέπουν τη διέλευση ουσιών χωρίς διάκριση) Ιόντα Θρεπτικά συστατικά Ο2 Διαφορετικός μηχανισμός διαφορετικός ρυθμός CΟ2 Μεταβολικά προϊόντα

3 Πρωτείνες φορείς και κυτταρικά διαμερίσματα Γλυκόζη Η+ Πυροσταφυλικό ATP

4 Ιοντική σύσταση των κυττάρων Κ+ το πλέν άφθονο ενδοκυττάριο ιόν Να+ το πλέον άφθονο εξωκυττάριο ιόν Μόνιμα ανιόντα (οργανικά μόρια που δεν μπορούν να διαφύγουν περνώντας την κυτταρική μεμβράνη φέρουν πολλές καρβοξυλικές και φωσφορικές ομάδες) Cl- το κύριο αρνητικό ιόν του εξωκυτταρίου χώρου Συστατικό Ενδοκυττάρια συγκέντρωση (mm) Na K Εξωκυττάρια συγκέντρωση (mm) H+ 10-7,2 M 10-7,4 M Ca+2* Cl Μόνιμα ανιόντα υψηλή Σύγκριση συστατικών σε κύτταρα θηλαστικού (*) Ελεύθερο ιόν

5 Παθητική διάχυση και λιπιδική CO 2, Ν 2, Ο 2 διπλοστοιβάδα Η + Νa + K + Ca ++ Mg ++ Cl- HCO 3 - Μικρά ή Αέρια υδρόφοβα μόρια Νερό Αιθανόλη Σάκχαρα Αμινοξέα Ουρία Γλυκερόλη Μεγάλα ή υδρόφιλα μόρια Υψηλή ηλεκτροχημική βαθμίδωση (^ διάχυσης) Αυξημένη λιποδιαλυτότητα (^ διάχυσης) Αυξημένο μέγεθος ( διάχυσης) Ηλεκτρικά φορτισμένο ( διάχυσης)

6 Διάχυση μεταφορά αερίων στους πνεύμονες O2 CO2

7 Σταθερά διαπερατότητας (cm/sec) Ουρία Η 2 Ο Γλυκερόλη Τρυπτοφάνη Γλυκόζη Αφόρτιστα και μικρότερου μεγέθους μόρια διαχέονται πιο εύκολα Cl - K + Na

8 Μεμβρανικές πρωτείνες Μεταφορικές πρωτείνες Διαπερνούν εγκάρσια τη μεμβράνη σε όλο το πάχος της Επιτρέπουν την μεταφορά ιόντων, μορίων, υδρόφιλων ενώσεων Πρωτείνες Δίαυλοι Φορείς (δεσμεύουν προσωρινά το μόριο, μεταβάλουν τη στερεοδιαμόρφωσή τους ώστε να μεταφερθεί η ουσία Εξειδίκευση Επιτρέπει σε μία ή ορισμένες ουσίες να μεταφερθούν

9 Διαμεμβρανικές πρωτείνες α-έλικα β-βαρέλι

10 Δίαυλοι - πορίνες Τα διαμεμβρανικά τμήματα έχουν μορφή β-πτυχωτής επιφάνειας και σχηματίζουν «β-βαρέλι» Εσωτερικό = πολικές ομάδες-> υδρόφιλα μόρια Εξωτερικό = μη πολικές αλυσίδες που αλληλεπιδρούν με υδρόφοβα μόρια Π.χ. Υδατοπορίνες 3δις μόρια νερού/sec Νεφροί (200lt ύδατος)

11 Τύποι πρωτεϊνών μεταφορέων Πρωτείνες μονόπλευρης μεταφοράς μεταφέρουν ένα μόριο προς μια κατεύθυνση Πρωτείνες συνεργατικής μεταφοράς ταυτόχρονη μεταφορά μορίων στην ίδια κατεύθυνση Πρωτείνες αντίθετης μεταφοράς μεταφορά μορίων σε αντίθετη κατεύθυνση

12 Τύποι μεταφοράς Παθητική Ενεργητική Διάχυση Υποβοηθούμενη διάχυση Ώσμωση Άμεση Έμμεση

13 Τύποι μεταφοράς Αλλαγή διαμόρφωσ ης Πρωτείνη δίαυλος Πύλη ανοικτή Πρωτείνη μεταφορέας Απλή διάχυση Παθητική μεταφορά Ενεργητική μεταφορά

14 Παθητική μεταφορά Το κύτταρο δεν καταναλώνει ενέργεια Τα μόρια κινούνται τυχαία Τα μόρια διαχέονται από περιοχές υψηλής συγκέντρωσης σε περιοχές χαμηλής συγκέντρωσης Τρεις τύποι: Διάχυση Υποβοηθούμενη διάχυση Ώσμωση (διάχυση του νερού)

15 Διάχυση Τυχαία κίνηση των μορίων από περιοχές υψηλότερης συγκέντρωσης σε περιοχές χαμηλότερης Η διάχυση συνεχίζεται μέχρι να επέλθει ισορροπία (ίδια συγκέντρωση) σε όλες τις περιοχές

16 Ώσμωση Διάχυση του νερού μέσα από μια επιλεκτικά διαπερατή μεμβράνη

17 Ώσμωση Όποτε υπάρχει βαθμίδωση συγκέντρωσης ενός μορίου, υπάρχει αντίστροφη βαθμίδωση συγκέντρωσης του διαλύτη Μεταφορά του νερού από μια διαπερατή μεμβράνη Προς την πλευρά που υπάρχει μεγαλύτερη συγκέντρωση του διαλυμένου σώματος Αυτό το διάλυμα έχει χαμηλότερη συγκέντρωση νερού Η κίνηση θα συνεχίζει μέχρι την εξίσωση των συγκεντρώσεων

18 Κίνηση των μορίων του ελεύθερου νερού

19 Τονικότητα Ικανότητα ενός διαλύμματος να προκαλεί πρόσληψη ή απώλεια νερού από το κύτταρο Εξαρτάται από τη συγκέντρωση των ουσιών που αδυνατούν να περάσουν την μεμβράνη Ισότονο ως προς το κύτταρο είναι ένα περιβάλλον όταν δεν παρατηρείται καμμιά καθαρή μεταφορά νερού Υπέρτονο όταν το νερό μετακινείται από το εσωτερικό του κυττάρου Υπότονο όταν το νερό μετακινείται από το περιβάλλον στο εσωτερικό του κυττάρου

20 Ωσμορυθμιστικοί μηχανισμοί Είσοδος νερού Συσταλτό χυμοτόπιο Paramecium Άντληση νερού έξω από το κύτταρο

21 Κυτταρικό τοίχωμα και υδατική ισορροπία

22 Παθητική μεταφορά μέσω διαύλων και πρωτεϊνών μεταφορέων Αλλαγή διαμόρφωσης Δίαυλος Πρωτείνη δίαυλος Πύλη ανοικτή Πρωτείνη μεταφορέας Απλή διάχυση Παθητική μεταφορά

23 Οι δίαυλοι ιόντων είναι εκλεκτικοί Ποικίλουν σε ειδικότητα Η ειδικότητα καθορίζεται από: Το μέγεθος Μέγεθος ανοίγματος Φορτίο + ή - Το φορτίο

24 Δίαυλοι διαφυγής (leak channels) Οι δίαυλοι ιόντων είναι εκλεκτικοί Παραμένουν συνεχώς ανοικτοί Περισσότερο γνωστοί δίαυλοι Κ+ (μετακινούν Κ+ στο εξωτερικό του κυττάρου σύμφωνα με τη βαθμίδωση συγκέντρωσης) Η βαθμίδωση συγκέντρωσης έχει δημιουργηθεί από την Κ+ - ΑΤPαση Βαθμίδωση συγκέντρωσης Δίαυλος

25 Οι δίαυλοι Κ+ φορτίζουν την μεμβράνη H αντλία Νa-K δημιουργεί βαθμίδωση συγκέντρωσης Η περίσσεια εξερχομένων + δημιουργεί μόνο ένα μικρό ποσοστό των -60mV K+ Οι δίαυλοι Κ επιτρέπουν τη διαρροή + μέχρι να υπάρξει εξισορρόπηση Συμμετέχουν στη διαμόρφωση της διαφοράς δυναμικού K+ - 2 K K

26 Προσδετοελεγχόμενοι δίαυλοι Ο προσδέτης συνδέεται Πύλη κλειστή Πύλη ανοικτή Η πρόσδεση ενός διαβιβαστή μεταβάλει τη διαμόρφωση του διαύλου (πχ ακετυλοχολίνη) Ο δίαυλος ανοίγει για την είσοδο ή την έξοδο του ιόντος Πχ νικοτινικοί υποδοχείς

27 Τάση-ελεγχόμενοι δίαυλοι Μεταβολή τάσης Δίαυλος κλειστός Δίαυλοςανοικτός ΑΠΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΜΕΝΟΣ Η πιθανότητα να ανοίξουν εξαρτάται από το δυναμικό της μεμβράνης Περιέχουν φορτισμένες πρωτεϊνικές περιοχές αισθητήρες τάσης Όταν η διαφορά δυναμικού μεταβάλλεται ανοίγουν κλείνουν όταν επανέλθει η τάση

28 Μεταφορέας γλυκόζης Υψηλή συγκέντρωση Αλλαγή διαμόρφωσης Χαμηλή συγκέντρωση Πρωτείνη παθητικής μεταφοράς (υπάρχει και ο συμμεταφορέας γλυκόζης-na!) Μεταφορά στη βασικοπλευρική μεμβράνη των εντεροκυττάρων

29 Μεταφορά γλυκόζης στα ηπατοκύτταρα ΙΝΣΟΥΛΙΝΗ ΓΛΥΚΑΓΟΝΗ Γλυκογονογέννεση Γλυκογονόλυση Υψηλή συγκέντρωση γλυκόζης στο αίμα Ενδοθήλιο Χαμηλή συγκέντρωση γλυκόζης στο αίμα

30 Ενεργητική μεταφορά Το κύτταρο χρησιμοποιεί ενέργεια Μεταφέρει τα μόρια στα σημεία που τα χρειάζεται Η μεταφορά γίνεται από περιοχές χαμηλής σε περιοχές υψηλής συγκέντρωσης ενάντια στην ηλεκτροχημική βαθμίδωση ΑΜΕΣΗ= Με υδρόλυση ATP EMMEΣΗ= Με ταυτόχρονη μεταφορά δύο ουσιών Τρεις τύποι Πρωτείνες «αντλίες» Εξωκύττωση Ενδοκύττωση

31 Άμεση ενεργητική μεταφορά - ΑΤPασες P-τύπος [πχ αντλία Κ-Να] κυρίως πλασματική μεμβράνη, υπεύθυνες για ιοντική κλίση V-τύπος [αντλούν πρωτόνια από κυστίδια, κενοτόπια, λυσοσσώματα, ενδοσώματα, σ. Golgi κτλ] F-τύπος [βακτήρια, μιτοχόνδρια, χλωροπλάστες] ΑΒC-τύπος [MDR πρωτείνες, CFTR, κτλ]

32 Αντλία Na+-K+ 2 στερεοδιαταξικές διαμορφώσειςδιατάξεις: Α1= ανοικτή στο εξωτερικό με υψηλή συγγένεια στο Na A2= ανοικτή στο εσωτερικό με υψηλή συγγένεια στο Κ Νa φωσφορυλιώνει και σταθεροποιεί Α2 Κ αποφωσφορυλιώνει και σταθεροποιεί Α1 3Na έξω 2Κμέσα ¼ της ενέργειας του κυττάρου, ¾ στους νευρώνες Τι θα συμβεί αν επιδράσουμε με ουαμπαϊνη;

33 Άμεση και έμμεση ενεργητική K+ μεταφορά Συμεταφορέας γλυκόζης - Na K+ ATPάση K+ K+ Γλυκόζη K+ K+ K+

34 Απορρόφηση της γλυκόζης από τα εντεροκύτταρα Εντεροκύτταρο Εντερικός αυλός Στενοσύνδεσμος Συμεταφορέας γλυκόζης - Na K+ Mεταφορέας γλυκόζης K+ Αντλία Κ-Na K+ Αγγείο

35 Βακτηριοροδοψίνη Το φωτοαπορροφητικό μόριο ρετινάλη, δέχεται φωτόνιο ->αλλάζει η στερεοδιαμόρφωση -> απελευθερώνονται 1-2 Η+ Τα πρωτόνια εξάγονται και η ρετινάλη αναγεννάται από Η+ του κυτταροπλάσματος H+ ΦΩΣ Ρετινάλη H+

36 Σύνθεση ATP Μιτοχόνδρια

37 Φαγοκυττάρωση, πινοκυττάρωση, ενδοκυττάρωση μέσω υποδοχέα