TRANSPORT RAZTOPIN. Agronomija - UNI

Transcript

1 TRANSPORT RAZTOPIN Agronomija - UNI

2 Transport na celičnem nivoju oz. transport preko membrane je osnova za transport na višjih nivojih (tkiva). Pomen biološki membran (plazmalema, tonoplast,...) homeostaza rastlinske celice učinkovita izmenjava (TRANSPORT) porazdeljevanje in kompartmentizacija metabolitov v celici zaznavanje signalov iz okolice energetske pretvorbe v celici Agronomija - UNI

3 Transport preko membrane! pasiven: npr. difuzija po gradientu aktiven: proti gradientu, porabe energije Za nenabite molekule (npr. saharoza) ta gradient določa koncentracijska razlika med eno in drugo stranjo membrane Za nabite molekule, ione ta gradient poleg koncentracijske določa še napetostna razlika med eno in drugo stranjo membrane ( = elektrokemijski gradient) Ioni se lahko pasivno transportirajo proti koncentracijskemu gradientu, če to omogoča razlikav električnem potencialu. Agronomija - UNI

4 voltmeter - 60 do mv Med notranjostjo in zunanjostjo celice obstaja napetostna razlika, ki izvira iz neenakomerne porazdelitve naboja membranski potencial elektrodi prevodna raztopina celica Agronomija - UNI

5 Δ E N (Nernstov potencial) = 59 * log(c j z /C j n ) Primer: Vm = mv ion koncentracija zunaj celice (medij) (mmol L -1 ) koncentracija znotraj celice (mmol L -1 ) predvidena izmerjena. K Na Mg Ca NO Cl H 2 PO SO blizu ravnotežja vstop pasivno z difuzijo, aktivno črpanje iz celice nujen aktivni transport v celico Agronomija - UNI

6 vakuola citosol plazmalema tonoplast celična stena! Koncentracije ionov v citosolu in vakuoli so kontrolirane s pasivnim transportom ( ) in aktivnim transportom ( ) preko plazmaleme in tonoplasta. Agronomija - UNI

7 Permeabilnost membrane Oliogosaharidne verige glikoproteinov Zunanjost celice UMETNE MEMBRANE samo fosfolipidna dvoplast Lipidna dvoplast Notranjost celice zelo slabo propustne za ione in polarne molekule zelo dobra propustnost za O 2 relativno dobra za majhne polarne molekule (H 2 O, CO 2, glicerol) propustnost membrane pada z naraščajočo polarnostjo in velikostjo molekul Periferni membranski protein Integralni membranski protein Periferni membranski protein Z lipidom sidrani membranski protein BIOLOŠKE MEMBRANE izkaže se, da je membrana za nekatere ione, molekule bolj propustna, kot bi sklepali iz poskusov z umetnimi membranami membranski proteini (TRANSPORTNI PROTEINI) omogočajo ionom, molekulam s slabo prehodnostjo membrane, lažji prehod Agronomija - UNI

8 Membranski transportni proteini KANALČKI PRENAŠALCI, PRENAŠALNI PROTEINI ČRPALKE Agronomija - UNI

9 Skupine transportnih proteinov! transportirana molekula kanalček prenašalec črpalka plazmalema preprosta difuzija pospešena difuzija energija gradient elektrokemičnega potenciala PASIVNI TRANSPORT v smeri elektrokemičnega gradienta primarni AKTIVNI TRANSPORT v smeri proti elektrokemičnemu gradientu Agronomija - UNI

10 V rastlinsko celico lahko voda prehaja: skozi membrano - z difuzijo skozi pore, ki jih imenujemo akvaporini - z masnim tokom Akvaporini za vodo specifične pore. Celica lahko kontrolira propustnost membrane za vodo, tako da regulira odprtje/zaprtje akvaporinov (fosforilacija AK v proteinu akvaporina). Agronomija - UNI

11 Ionski kanalčki transmembranski proteini, ki delujejo kot selektivne pore navadno opremljeni z vrati, ki se odpirajo/zapirajo glede na zunanji signal (sprememba napetosti, vezava liganda ali oboje) difuzija skozi odprt kanalček je izredno hitra (10 8 molekul s -1 ) transport ionov plazmalema K + vrata gradient elektrokemičnega potenciala glavna podenota selektivni filter regulatorna podenota

12 Napetostna regulacija kanalčkov PRIMER K + kanalčki zunanjost celice 1mM K + citosol 100 mm K + E K = -120 mv Kanalčki za iztok K + - odprejo se, če pride do depolarizacije membrane, če je membranski potencial (Vm) večji (manj negativen) od E K Kanalčki za privzem K + - odprejo se, če je membranski potencial (Vm) bolj negativen od E K Napetostno regulirani K+ kanalčki na plazmalemi stabilizirajo membranski potencial in omogočajo kontrolirano izmenjavo kalija

13 Prenašalci, prenašalni proteini (pasivni transport) Transport poteka po elektrokemičnem gradientu Hitrost transporta je ionov ali molekul na sekundo. Takšen transport imenujemo tudi POSPEŠENA DIFUZIJA. Agronomija - UNI

14 Primarni aktivni transport! Transport, ki je direktno povezan s porabo energije, ki se pridobi s hidrolizo ATP Pri fotosintezi in dihanju se energija pridobi redoks reakcijami (elektronske transportne verige v mitohondriju in kloroplastu), izvira pa iz energije svetlobe (fotosinteza) oz. biološke oksidacije substrata (dihanje). Primarni aktivni transport opravljajo ČRPALKE: H + - črpalke (protonske črpalke) Ca 2+ črpalke ABC transporterji Agronomija - UNI

15 Protonske črpalke! plazmalema H + -ATPaza P-tip ATPaze enojen polipeptid 100 kda (slika) zunaj H + -ATPaza tonoplast vakuolarna H + -ATPaza V-tip ATPaze sorodna F-ATPazam znotraj črpalka plazmalema pirofosfataza H + -PPaza Energijo koristijo s hidrolizo pirofosfata (slika) energija H + Agronomija - UNI

16 kationi vakuola ph 5.5 citosol ph 7.5 anioni kationi Protonske črpalke na plazmalemi in tonoplastu anorganski ioni, sladkorji, aminokislinei

17 voltmeter - 60 do mv membranski potencial elektrodi prevodna raztopina celica Agronomija - UNI

18 Membranski potencial (V m ) = razlika v električnem potencialu med dvema, z membrano ločenima vodnima okoljima. v celici je negativni naboj proteinov uravnotežen predvsem s K+ ioni. Membrana je za proteine nepropustna ima pa določeno propustnost za K+. Ustvari se Donnan-ovo ravnotežje in Donnan-ov ali difuzijski potencial na membrani (1) elektrogeni transport H+ iz celice, ob porabi ATP, dodatno zmanjša + naboj v celici (2) 1 (1) + (2) = mirovni membranski potencial Vm (mv) 2 Agronomija - UNI

19 Ca 2+ črpalke plazmalema endoplazmatski retikulum ovojnica kloroplasta tonoplast Črpalka se imenuje Ca 2+ -ATPaza zmanjšanje koncentracije Ca 2+ v citosolu (0.2µM) (P-tip ATPaze, energetsko zahteven transport) sekundarni aktivni transport Ca 2+ v vakuolo (antiport)

20 ABC - (ATP Binding Cassette) transporterji primarni aktivni transport organskih snovi v vakuolo Na ta način se transportirajo: flavonoidi antocianini produkti razgradnje (razgradnja klorofila) ksenobiotiki (herbicidi)... Agronomija - UNI 2005/06

21 plazmalema nizkomolekularni kompleksi γ-glu-cys peptidi ATP citosol ABC transporter ADP + P i tonoplast vakuola

22 Sekundarni aktivni transport! Protonske črpalke ob porabi ATP ustvarjajo gradient H + ionov preko membrane (protonski gradient). Gradient elektrokemičnega potenciala za H + imenujemo tudi protonska gonilna sila Δ p (proton motive force). Protonski gradient oz. protonska gonilna sila lahko poganja transport drugih snovi proti gradientu njihovega elektrokemičnega potenciala. P. Mitchel : KEMIOZMOTSKA TEORIJA sekundarni aktivni transport Protonska črpalka = primarni aktivni transport

23 Sekundarni aktivni transport - model Premik snovi S proti gradientu poteka s pomočjo predhodno ustvarjenega gradienta protonov (protonska gonilna sila, ki jo ustvari primarni aktivni transport) ZUNANJOST CELICE koncentracijska gradienta za S in H + plazmalema CITOPLAZMA

24 Dve obliki sekundarnega aktivnega transporta, ki izkoriščata gradient protonov KOTRANSPORT = hkraten (vezan) transport dveh snovi preko membrane simport antiport zunaj gradien el.-kem. potenciala za A gradien el.-kem. potenciala za B znotraj saharoza aminokisline Cl -, NO 3-, H 2 PO 4 - Na -!

25 Agronomija - UNI!

26 ! prenašalec nitrata plazmalema Agronomija - UNI

27 Agronomija - UNI

28 Kinetika transporta preprosta difuzija - odvisna od koncentracijskega gradienta prenašalci - Michaelis-Menten-ova kinetika (V max, K m ) večfazna kinetika pri transportu ene snovi je udeleženih več transportnih mehanizmov koncentracijska odvisnost

29 Hitrost privzema saharoze (nmol na 10 6 celic na uro) Saharoza (mm) prenašalec z majhno afiniteto prenašalec z veliko afiniteto Saharoza (mm) Agronomija - UNI

30 koncentracija KCl (mm) Agronomija - UNI hitrost privzema K + (µmol g -1 h -1 )

31 Genetika transportnih proteinov prenašalnim proteinom je pripada lep del genoma (H. influenzae = 10%) družine genov prenašalci z različno afiniteto do substrata - prenašane molekule različni tipi prenašalcev v različnih tkivih ekspresija genov za različne prenašalne proteine v različnih tipih celic. Agronomija - UNI

32 Regulacija transpiracije Mehanizem delovanja listnih rež mehanizem odpiranja/zapiranja je sprememba Ψs (črpanje K + v celico) in posledično sprememba Ψp v celicah zapiralkah) [K + ] v celici Ψ s Ψ P odprtje reže [K + ] v celici Ψ s Ψ P zaprtje reže Agronomija - UNI 2005/06

33 H + ADP + Pi K + ATP H + Cl - K + Agronomija - UNI 2005/06

34

35

36

37

38