View
281
Download
7
Category
Preview:
DESCRIPTION
Dpdv biofizic
Citation preview
Fenomene de transport prin Fenomene de transport prin membrana celularmembrana celular
Structura Structura i funciile i funciile membranei membranei celularecelulare
MModaliodaliti ti de transport membranarde transport membranar
Receptori i traductori de informaie Receptori i traductori de informaie n membranele biologicen membranele biologice
Membrana celular (7,5 nm)Membrana celular (7,5 nm) ansamblu de structuri supramoleculare
aflat la periferia celulei care separ mediul celular de interstiial;
separ i organitele celulare de citoplasm;
este semipermeabil; este selectiv.
Prin Prin proprietile de proprietile de semipermeabilitatesemipermeabilitate i i selectivitate selectivitate asigur:asigur:
transporttransport dede molecule, ioni, macro molecule, ioni, macro--molecule, complexe supramolecularemolecule, complexe supramoleculare;;
traducere i transfer de informaietraducere i transfer de informaieprin receptorii specifici pe care i conine;prin receptorii specifici pe care i conine;
interconversiainterconversia diferitelor forme de diferitelor forme de energie, prin enzimele sau complexele energie, prin enzimele sau complexele enzimatice pe care le conine.enzimatice pe care le conine.
Funciile membranei celulare
STRUCTURA MEMBRANEI STRUCTURA MEMBRANEI CELULARECELULARE
LipideLipide ProteineProteine GlicoproteineGlicoproteine
LIPIDELELIPIDELE
Fosfogliceride (fosfolipide) Fosfogliceride (fosfolipide) (acizi (acizi grasi, glicerol, fosfat, alcool)grasi, glicerol, fosfat, alcool)
Sfingolipide Sfingolipide ColesterolColesterol GlicolipideGlicolipide
Bistratul lipidicBistratul lipidic::
Rol major: formarea Rol major: formarea matricii pentru fixarea matricii pentru fixarea proteinelorproteinelor
Intr-o soluie apoas fosfolipideleformeaz de la sine structuri complexe
Micele Bistraturi
Dac lungimea lanurilor lipidice crete stabilitatea bistratului crete permeabilitatea bistratului scade
Membran solid Membran fluid
FluiditateFluiditate translaietranslaie (difuzie lateral) (difuzie lateral) rotaierotaie n jurul propriei axe n jurul propriei axe bascularebasculare dintr-un monostrat n cellalt dintr-un monostrat n cellalt flexieflexie (ndoire) (ndoire)
Membrane artificialeMembrane artificialeLipozomi, Lipozomi, BBistrate lipidiceistrate lipidice
BLMBLM (black lipid membranes) (black lipid membranes)SSMSSM (solid supported membranes)(solid supported membranes)
Ag/AgCl
PCThiol
GOLD
I(t)Na+
Bistratul lipidic = barier pentru molecule hidrofile
proteine, zaharuri, acizi nucleici, ioni
Membranele celulare = bistraturi lipidicen care sunt ncorporate (integral sau parial)
proteine glicoproteine lipoproteine
Mediu extracelular Lan de oligozaharide
Fosfolipid
Glicolipid
Colesterol
CitoplasmProteineintegrale
Proteinperiferic
Proteinele membranareProteinele membranarea)a) proteine intrinseci (integrale)proteine intrinseci (integrale) (70%) (70%)
(enzime, receptori, canale ionice, pompe ionice, (enzime, receptori, canale ionice, pompe ionice, transportori)transportori)
b) proteine extrinseci (periferice)b) proteine extrinseci (periferice) (particip(particip la la reacreacii enzimatice, semnalizare celularii enzimatice, semnalizare celular, la , la scheletul membranar al suprafescheletul membranar al suprafeeiei citoplasmaticcitoplasmaticee, , asigurasigur leg legtura cu citoscheletul)tura cu citoscheletul) Pot efectua miPot efectua miccri de translari de translaie, unele bine orientate ie, unele bine orientate (intervin proteine motoare)(intervin proteine motoare)
10% din fosfolipidele i proteinele membranareleag covalent lanuri de oligozaharide
Glicolipide, glicoproteineGlicolipide, glicoproteine Glucoza, galactoza,Glucoza, galactoza,Acidul sialicAcidul sialic
CitoscheletulCitoscheletul
Micrografie electronic n care se observ dispoziia proteinelor scheletului
intern al membranei
Clasificarea proteinelor integraleClasificarea proteinelor integrale
Pompe ionicePompe ionice (transport activ prmar) (transport activ prmar)
TransportoriTransportori (transport pasiv (transport pasiv i transport i transport activ secundar)activ secundar)
Canale ioniceCanale ionice (transport pasiv) (transport pasiv)
MModaliti de transport odaliti de transport membranarmembranar
11.. MacrotransportMacrotransport (endocitoza, transcitoza, (endocitoza, transcitoza, exocitoza)exocitoza)
fagocitozafagocitoza pinocitozapinocitoza
endocitoza mediatendocitoza mediat de receptori de receptori
2.2. MicrotransportMicrotransport pasivpasiv activactiv
MacrotransportMacrotransportFagocitozaFagocitoza (sunt inglobate particule de substan (sunt inglobate particule de substan
solidsolid
FagociteMacrofage
distrugsubstane toxicereziduuri celularebacterii
PinocitozaPinocitozaAre loc analog cu fagocitoza, dar sunt transportate picturi de lichid
Endocitoza mediatEndocitoza mediat de receptori de receptori
Anumite substane extracelulare se leag la receptori membranari specifici
PinocitozaPinocitoza EndocitozEndocitoz
TranscitozTranscitoztrecerea proteinelor plasmatice din snge trecerea proteinelor plasmatice din snge n spaiul extravascularn spaiul extravascular - transcitoz prin - transcitoz prin endoteliul capilarendoteliul capilar
ExocitozExocitoz n terminaiile nervoase i celulele n terminaiile nervoase i celulele secretoriisecretorii ((ex. ex. acetilcolina, insulina)acetilcolina, insulina)
MicrotransportMicrotransportTransportul pasivTransportul pasiv
- cauza : - cauza : diferendiferena de potena de potenial electrochimicial electrochimic -- nu necesitnu necesit energie chimic energie chimic metabolic metabolic
Transportul activTransportul activ- poten- potenial electrochimic mai mic ial electrochimic mai mic poten potenial ial electrochimic mai mareelectrochimic mai mare- - necesitnecesit energie chimic energie chimic (hidroliza ATP sau GTP, (hidroliza ATP sau GTP, energia electronilor din lanenergia electronilor din lanul de oxido-reducere, ul de oxido-reducere, energia fotonilor, gradienenergia fotonilor, gradienii imprimaii imprimai unor solvii unor solvii de i de reacreacii chimice anterioare etc)ii chimice anterioare etc)
MicrotransportMicrotransport
Transportul pasivTransportul pasiv are loc n sensul gradientului are loc n sensul gradientului
electrochimic sau de presiuneelectrochimic sau de presiune
fr consum de energie metabolicfr consum de energie metabolic
nspre echilibrul termodinamicnspre echilibrul termodinamic
cauze:cauze:
Fore electrostaticeFore electrostatice
AgitaAgitaiia termica termic
Diferena de potenial Diferena de potenial electrochimicelectrochimic
W > 0 - ionii au tendina de a prsi celula;W > 0 - ionii au tendina de a prsi celula;W < 0 - ionii au tendina de a ptrunde n W < 0 - ionii au tendina de a ptrunde n
celulcelul
( )exinex
inexin VVzFc
cRTWWW +== ln
Ecuaia NernstEcuaia Nernst
Transportul unei specii ionice nceteaz la Transportul unei specii ionice nceteaz la echilibru echilibru W = 0W = 0
in
exexin c
czFRTVVE ln==
Modaliti de transport Modaliti de transport pasivpasiv
Difuzia simplDifuzia simpl
Difuzia facilitatDifuzia facilitat
Difuzia prin canale i poriDifuzia prin canale i pori
Difuzia simplDifuzia simpl dizolvare n dizolvare n
membranmembran legea lui Fick:legea lui Fick:
//t = - PAt = - PAcc
P = P = D/D/ coeficient de coeficient de
partiie partiie Ex. SchimbuSchimburilerile de de gazgaze e nn alveolelalveolele e pulmonarepulmonare
Specii care strbat membrana prin Specii care strbat membrana prin difuzie simpldifuzie simpl
Difuzia facilitatDifuzia facilitat
molecule transportoare - molecule transportoare - uniportuniport acioneaz acioneaz n sensul gradientului n sensul gradientului
electrochimic electrochimic au o anumit au o anumit specificitatespecificitate pot distinge speciile levogire de cele pot distinge speciile levogire de cele
dextrogiredextrogire
Ex.: transportori pentru glucoz, Ex.: transportori pentru glucoz, colin, pentru diferii ioni (n acest caz colin, pentru diferii ioni (n acest caz transportorul se numete transportorul se numete ionoforionofor))
Mecanismul difuziMecanismul difuzieiei facilitatfacilitatee
SStri conformaionale tri conformaionale distincte: T1 i T2distincte: T1 i T2
Mecanisme de Mecanisme de inhibiie:inhibiie: competitivcompetitiv necompetitivnecompetitiv
Difuzie facilitatDifuzie facilitat
transportori pentru ioni - transportori pentru ioni - ionoforiionofori: : valinomicina (K+,valinomicina (K+, Rb+)Rb+) Nigericina (K+, H+, schimb neutru) Nigericina (K+, H+, schimb neutru)
CANALELE IONICE I CANALELE IONICE I PORIIPORII
Sunt structuri care asigur Sunt structuri care asigur trecerea prin membrana celular a trecerea prin membrana celular a speciilor care nu sunt liposolubilespeciilor care nu sunt liposolubile
CANALE IONICECANALE IONICE
proteine specializate intrinseci proteine specializate intrinseci sunt sunt selectiveselective permit trecerea ionilorpermit trecerea ionilor n ambele n ambele sensuri, sensuri,
preponderent n sensul gradientului preponderent n sensul gradientului electrochimicelectrochimic
complex enzim- substrat,complex enzim- substrat, cinetic cinetic Michaelis-MentenMichaelis-Menten Obs.Obs. Pentru ca un ion s treac dintr-o parte n Pentru ca un ion s treac dintr-o parte n
cealalt este necesar ca un canal s fie deschiscealalt este necesar ca un canal s fie deschis
Cinetica Michaelis-MentenCinetica Michaelis-Menten
specia transportat (specia transportat (SS11) se leag de ) se leag de proteina canal (proteina canal (EE), formnd un ), formnd un complex enzim-substrat (complex enzim-substrat (ESES))
2121 SEESSE kk + +
Structura schematic a unui canal ionicStructura schematic a unui canal ionic
Filtru de selectivitate, Filtru de selectivitate, vestibul, senzor, poart, vestibul, senzor, poart, inactivatorinactivator
Canal ionic
Membranacelular
Membranacelular
Filtruionic
A
B
Poarta
Vestibul
Mecanism specificMecanism specific de deschidere de deschidere : :
electricelectric (canalele de Na(canalele de Na++, K, K++ n n membrana axonal)membrana axonal)
chimicchimic (receptorul de acetilcolina, (receptorul de acetilcolina, canalul de Nacanalul de Na++, Ca, Ca++++ controlat de GMPc) controlat de GMPc)
alte mecanisme (ex. alte mecanisme (ex. mecanicmecanic, CC), CC) jonciuni membranarejonciuni membranare (ex. sinapsa (ex. sinapsa
electric)electric)
blocani specificiblocani specifici unele toxine (tetrodotoxina - unele toxine (tetrodotoxina - NaNa++))
Canal de K dependent de voltajCanal de K dependent de voltaj
Difuzia prin pori Difuzia prin pori
Deosebiri ntre cele dou tipuri de Deosebiri ntre cele dou tipuri de difuzie (facilitat, canale)difuzie (facilitat, canale)
transportoriitransportorii - - specificitate mai marespecificitate mai mare (disting ntre L i D)(mii ioni/s);(disting ntre L i D)(mii ioni/s);
canalelecanalele - viteza mult mai mare - viteza mult mai mare (milioane (milioane - sute de milioane de ioni/s;- sute de milioane de ioni/s;
transportorii transportorii sunt n sunt n numr mult mai numr mult mai maremare;;
transportoriitransportorii pot participa la pot participa la transportul transportul activ secundaractiv secundar
Transportul activTransportul activ necesit energie metabolicnecesit energie metabolic (hidroliza (hidroliza
ATP sau GTP, energia electronilor din lanATP sau GTP, energia electronilor din lanul de ul de oxido-reducere, energia fotonilor, gradienoxido-reducere, energia fotonilor, gradienii ii imprimaimprimai unor solvii unor solvii de reaci de reacii chimice ii chimice anterioare etc.)anterioare etc.)
se realizeaz nse realizeaz n sensul invers sensul invers gradientului electrochimicgradientului electrochimic
creeazcreeaz, n general, , n general, gradieni ai gradieni ai speciilorspeciilor de-o parte i de alta a de-o parte i de alta a membraneimembranei
Modaliti de tModaliti de transport activransport activ
TTransport ransport activ primaractiv primar
TTransport ransport activ secundaractiv secundar:: simport simport (co-transport) (co-transport) antiportantiport (contra-transport) (contra-transport)
Transportul activ primarTransportul activ primar
Pompe ionice membranarePompe ionice membranare -- proteine proteine intrinseci cu proprieti enzimatice- intrinseci cu proprieti enzimatice- cuplaj energetic imediatcuplaj energetic imediat
Clasificare:Clasificare: Pompe ionice activate de luminaPompe ionice activate de lumina (BR, HR, (BR, HR,
PR, SR, XR, Fotoredox)PR, SR, XR, Fotoredox) ATP-azeATP-aze (F0F1-ATP-aze, P-ATP-aze, (F0F1-ATP-aze, P-ATP-aze,
Transportori ABC)Transportori ABC)
Pompe ionice activate de luminaPompe ionice activate de lumina
Ex. Pompa protonic Ex. Pompa protonic bacteriorodopsina bacteriorodopsina BRBR
Pompa de clor Pompa de clor halorodopsina - HRhalorodopsina - HR
Familia F0F1Familia F0F1 F0F1 F0F1 - mitocondrii eucariote, cloroplaste - mitocondrii eucariote, cloroplaste activeaza fie sinteza fie hidroliza ATPactiveaza fie sinteza fie hidroliza ATP
V0V1V0V1 - vacuole - vacuole pompe protonice, controleazpompe protonice, controleaz acidifierea diferitelor vacuole acidifierea diferitelor vacuole
La trecerea protonilor se rotete partea globular i prin rotire se stabilete o conformaie favorabil sintezei de ATP.
Familia P-ATPazelorFamilia P-ATPazelor(ATPaze (ATPaze E1E2)E1E2)
NaNa++, K, K++-ATPaza-ATPaza (3Na (3Na++, 2K, 2K++, membrana plasmatic, membrana plasmatic, , genereazgenereaz gradien gradieni de Nai de Na++ si K si K++))
HH++, K, K++ ATPaza ATPaza , 1 H , 1 H++, 1 K, 1 K++, membrane plasmatice , membrane plasmatice n n stomac stomac i rinichi, secrei rinichi, secreie gastricie gastric i duodenali duodenal
CaCa++++, ATPaza SERCA, ATPaza SERCA, 1 Ca, 1 Ca++++, 2 H, 2 H++ (SR, ER) scad (SR, ER) scad concentraconcentraia Caia Ca++++ intracelular intracelular
CaCa++++ ATPaza PMCA ATPaza PMCA, 1 Ca, 1 Ca++, 1 H, 1 H++, membrana , membrana plasmaticplasmatic, scad concentra, scad concentraia Caia Ca++++ intracelular intracelular
HH++ ATPaza ATPaza, 1 H, 1 H++, membrana plasmatic, membrana plasmatic a drojdiilor, a drojdiilor, plantelor, protozoarelor, genereazplantelor, protozoarelor, genereaz gradient protonic gradient protonic
Etapele de funcEtapele de funcionare a pompelor ionare a pompelor ATPaziceATPazice
MMolecula ATP se leag la molecula olecula ATP se leag la molecula pompeipompei
ATP este ATP este hidrolizat la ADPhidrolizat la ADP PPompompaa absoarbe parial energia absoarbe parial energia
furnizatfurnizat Pompa Pompa i schimb conformaiai schimb conformaia Translocarea Translocarea moleculei hidrofilemoleculei hidrofile RRelaxarea pompeielaxarea pompei Pompa Pompa revine la conformaia iniialrevine la conformaia iniial
NaNa++,K,K++- ATP-aza- ATP-azaPomp ionic Pomp ionic electrogenic, 2 electrogenic, 2 2 2 In repaus: ~30% din energia ATP-ului celularIn celulele nervoase, consumul ajunge la 70% din consumul energetic celular
Schema Albers-PostSchema Albers-Post
Funcionarea Funcionarea NaNa++,K,K++- ATP-azei- ATP-azei
ImplicaImplicaii patologice ale disfunciilor ii patologice ale disfunciilor P-ATPazelorP-ATPazelor
Exemple, mutaExemple, mutaii aleii ale:: CaCa+ ++ +-ATPazei: rigiditate -ATPazei: rigiditate i crampe muscularei crampe musculare CuCu+ ++ +-ATPazei: -ATPazei:
sindrom Menks paciensindrom Menks pacienii au deficit de Cuii au deficit de Cu boala Wilson, incapacitatea de a elimina Cu din ficat boala Wilson, incapacitatea de a elimina Cu din ficat
cu efect toxiccu efect toxic
Ulcerul Ulcerul - - HH++,K,K++-ATPaza gastric-ATPaza gastric inhibitor inhibitor OmeprazolOmeprazol
Transportorii ABCTransportorii ABCFamilia cea mai rFamilia cea mai rspspnditndit, substratele: ioni , substratele: ioni anorganici, zaharuri, aminoacizi, polizaharide anorganici, zaharuri, aminoacizi, polizaharide complexe, peptide, proteinecomplexe, peptide, proteine
CFTR CFTR (cystic fibrosis transmembrane (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator)conductance regulator) canal de Cl canal de Cl-- deschis prin deschis prin hidroliza ATP hidroliza ATP echilibru hidricechilibru hidric (plam (plamn, rinichi)n, rinichi) fibroz cistic (mucoviscidoz)fibroz cistic (mucoviscidoz)
MDR1, MDR2MDR1, MDR2 (multiple drug resistance proteins) (multiple drug resistance proteins) transport transport molecule hidrofobe spre exterior molecule hidrofobe spre exterior rezistenrezistena la chimioterapiea la chimioterapie
Transportul activ secundarTransportul activ secundar
Ptrunderea speciilor transportate Ptrunderea speciilor transportate mpotriva mpotriva gradientului lor electrochimicgradientului lor electrochimic, prin asocierea , prin asocierea cu molecule care se deplaseaz normal cu molecule care se deplaseaz normal conform propriului lor gradient de concentraie conform propriului lor gradient de concentraie
Tipuri:Tipuri: simportsimport (co-transport) (co-transport) antiportantiport (contra-transport) (contra-transport)
Simport
AntiportAntiport
n n muchimuchi- - antiport 3 Naantiport 3 Na++/ 1 Ca/ 1 Ca++++ - - electrogenicelectrogenic (sarcina net +1). Asigura concentraia sczut a Ca(sarcina net +1). Asigura concentraia sczut a Ca++++ n interior pe seama pomprii active a Nan interior pe seama pomprii active a Na++
Fenomene de transport prin membrana celularMembrana celular (7,5 nm) Slide 3Slide 4STRUCTURA MEMBRANEI CELULARELIPIDELEBistratul lipidic:Slide 8Slide 9Membrane artificialeSlide 11Slide 12Proteinele membranareCitoscheletulMicrografie electronic n care se observ dispoziia proteinelor scheletului intern al membraneiClasificarea proteinelor integraleModaliti de transport membranarMacrotransportPinocitozaSlide 20MicrotransportSlide 22Transportul pasivDiferena de potenial electrochimicEcuaia NernstModaliti de transport pasivDifuzia simplSpecii care strbat membrana prin difuzie simplDifuzia facilitatMecanismul difuziei facilitateDifuzie facilitatSlide 32CANALELE IONICE I PORIICANALE IONICECinetica Michaelis-MentenStructura schematic a unui canal ionicSlide 37Canal de K dependent de voltajSlide 39Difuzia prin pori Deosebiri ntre cele dou tipuri de difuzie (facilitat, canale)Transportul activModaliti de transport activTransportul activ primarPompe ionice activate de luminaFamilia F0F1 Familia P-ATPazelor (ATPaze E1E2)Etapele de funcionare a pompelor ATPaziceNa+,K+- ATP-azaSchema Albers-PostFuncionarea Na+,K+- ATP-azeiSlide 52Implicaii patologice ale disfunciilor P-ATPazelor Transportorii ABCTransportul activ secundarSlide 56Slide 57Antiportn muchi- antiport 3 Na+/ 1 Ca++ - electrogenic (sarcina net +1). Asigura concentraia sczut a Ca++ n interior pe seama pomprii active a Na+
Recommended