Upload
-
View
169
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1
1
Sveučilište u SplituPrirodoslovno-matematički fakultet
Odjel za kemiju
prof. dr. sc. Maja Pavela-Vrančič
2
Prijenos iona i molekula
2
3
reguliraju volumen stanice
održavaju unutarstanični pH i ionski sastav
crpe i koncentriraju metabolička goriva i građevne elemente
izlučuju otrovne tvari
nadziru ionske gradijente potrebne za podražljivost živaca i mišića
4
PASIVNI PRIJENOS
bez utroška energije
jednostavna difuzija
olakšana difuzija
AKTIVNI PRIJENOS
uz utrošak energije
primarni aktivni prijenos
sekundarni aktivni prijenos
jednostavna olakšana
difuzija difuzija
proteinski
kanal
proteinski
nosači
lipidni
dvoslojkoncentracijski
gradijent
ENERGIJA
AKTIVNI PRIJENOSPASIVNI PRIJENOS
3
5
VEZANI PRIJENOS
UNIPORT SIMPORT ANTIPORT
uniport – prijenos jedne tvari
vezani prijenos – prijenos dvije tvari istovremeno
simport – u istom smjeru
antiport – u suprotnom smjeru
6
bez učešća proteinskih nosača
spontano gibanje čestica NIZ KONCENTRACIJSKI GRADIJENT
tvari topljive u lipidima
plinovi: O2, N2, CO2, NO, CO, H2S
voda difundira djelovanjem osmotskih sila
brzina difuzije ovisi o:
razlici koncentracije
veličini molekula
topljivosti molekula u lipidima
vizkoznosti i debljini lipidnog sloja
4
7
Kretanje vode kroz polupropusnu membranu izmjesta manje u mjesto veće koncentracije otopljene
tvari
Difuzija vode niz koncentracijski gradijent vode
sol
voda3% otopina
soli
Dokaz
dest.
voda
težina stupca
=
osmotskom tlaku
polupropusna
membrana
8
Stanice (bez stanične stijenke) u otopini
hipotonična izotonična hipertonična
otopina otopina otopina
Hipertonična otopina: prima vodu
Hipotonična otopina: predaje vodu
lizirana normalna skvrčena
stanica stanica stanica
5
9
prijenos iona i malih polarnih molekula
središnji vodeni kanal u proteinu omogućava difuziju tvari u oba smjera
prijenos NIZ KONCENTRACIJSKI GRADIJENT
proteinski kanal ne veže tvar koja se prenosi
specifičnost se temelji na veličini i naboju tvari
hidrofobni
omotačhidrofilni kanal
10
Ionski kanali su visokoselektivni za ione
• prenosi samo pozitivno nabijene ione
• prenosi Na+, ali ne i K+
• prenosi djelomično dehidratizirane ione(H2O·Na+ kompleks)
Natrijski kanal
6
11
Prelaze iz• zatvorenog (inaktivni) u• otvoreni (aktivni) oblik
Prijelaz je reguliran• ligandima (kemijski poticaj)• ionima (električni poticaj)
kanal ligand
ioni
Kanali s vratima “propusnicom”
12
“vodeni” kanali
prijenos vode i drugih malih molekula
vrlo brzi prolaz
pozitivni naboj u unutrašnjosti kanala priječi protok H3O
+
selektivnost je posljedica promjera kanala (2,8 A)
Olakšana difuzija vode - Akvaporini
7
13
ubrzavaju kretanje molekula kroz plazmatsku membranu
omogućen prolaz polarnih molekula
niz koncentracijski gradijent
konformacijske promjene nosača potaknute vezanjem i otpuštanjem molekule koja se prenosi
mjesto veće
koncentracije
mjesto manje
koncentracije
14
PRIMARNI aktivni prijenos
ionske crpke
SEKUNDARNI aktivni prijenos
vezani prijenos
ATP
ATP
Prijenos tvari
· PROTIVNO njihovom koncentracijskom gradijenu
· uz ulaganje ENERGIJE
8
15
Na+/K+-crpka (K+/Na+-ATPaza)
Ca2+-crpka (Ca2+-ATPaza)
vodikova (protonska) crpka
izvanstanična
tekućina
citoplazma
protonska
crpka
16
Na+/K+-crpka
nalazi se u plazmatskoj membrani gotovo svih stanica
iznosi 3Na+ iz stanice, unosi 2K+ u stanicu protivno njihovom koncentracijskom gradijentu
ATP-aza, jer energiju osigurava hidrolizom ATP
Na+/K+-ATPaza u živčanim stanicama
9
17
mjesto za vezanje
steroidnih inhibitora
ugljikohidrati
Vanstanični
prostor
Unutarstanični
prostor ATP-vezna
mjesta
Na+/K+-ATPaza je oligomerni transmembranski protein
18
2K+
ATP
ADP
ATP3Na+
2K+
3Na+
3Na+
vanstanični
prostor
P
P
2K+
3Na+
vezanje
FOSFORILACIJA
3Na+
P
iskretanje
otpuštanje 3Na+
vezanje 2K+
DEFOSFORILACIJA
iskretanje
otpuštanje
Konformacijske promjene izazvanefosforilacijom/defosforilacijom
unutarstanični
prostor
10
19
održava konstantan volumen stanice
snizuje unutarstaničnu koncentraciju iona
potiče tok vode iz stanice u vanstanični prostor
održava koncentracijski gradijent Na+ i K+
pokreće sekundarni aktivni prijenos aminokiselina i šećera u stanicu
osigurava membranski potencijal
– prijenos živčanih impulsa
Uloga natrij-kalijeve crpke
20
Kardiotonični steroidi
Digitalis purpurea
digitoksigenin (digitalin)
ouabain
11
21
Inhibicija Na+/K+-ATPazekardiotoničnim steroidima
Kardiotonični steroidi
• vežu se s izvanstanične strane na ATPazu• inhibiraju defosforilaciju• porast koncentracije Na+ u stanici stimulira srčani [Na+-Ca2+]antiport koji pumpa Na+ iz stanice i Ca2+ u stanicu
• posljedica: pojačana kontrakcija srčanog mišića
22
Ioni kalcija - Ca2+
Skladište Ca2+: mitohondriji sarkoplazmatski retikulum
Ca2+ se veže na protein kalsekvestrin: sadrži 40 veznih mjesta za Ca2+
izvanstanični prostor
[Ca2+] (u izvanstaničnom prostoru): 1,5 mM[Ca2+] (u citosolu): ~ 10-4 mM[Ca2+] (u sarkoplazmatskom retikulumu): 1 mM
topljivost Ca3(PO4)2 = 65 μM
kalcij se uklanja iz citosola da bi se spriječilo taloženje teško topljivog Ca3(PO4)2
Prijenos Ca2+: Ca2+-ATPaza Na+/Ca2+ antiport
sarkoplazmatskiretikulum mikrofibrili
12
23
vezanje fosforilacija
iskretanjeiskretanje
otpuštanje
hidroliza
Kalcijeva crpka
24
sadrže hidrolitičke enzime “kisele hidrolaze”
uloga lizosoma: razgradnja tvari
unesenih u stanicu endocitozom
razgradnja istrošenih ili nepotrebnih staničnih sastojaka
razgradnja vanstaničnih tvari
H+ - ATPaza
lizosom
pumpanjemprotona
u lizosom snizuje se pH
13
25
koristi sekundarni izvor energije –
transmembranski elektrokemijski
gradijent Na+ ili H+
razlika u koncentraciji stvorena
primarnim aktivnim prijenosom
jedne tvari koristi se kao potencijal
za prijenos neke druge tvari
26
Vrsta vezanog prijenosa
simport antiport
elektrokemijski gradijentNa+ koristi se za prijenossimportom šećera aminokiselina iona drugih malih molekula simport antiport
vezani prijenos
14
27
Elektrogeni vezani prijenos
Elektrogeni i elektroneutralni vezani prijenos
Elektroneutralni vezani prijenos
Na+ K+ 2Cl-
K+
Cl-
Na+ Cl-
28
Na+/glukoza simportUnos glukoze u epitelne stanice tankog crijeva i
bubrega
Na+ glukoza
glukoza
glukoza Na+
• prijenos 2Na+ olakšanom difuzijom omogućava prijenosglukoze protivno koncentracijskom gradijentu
• gradijent Na+ održava se uz neposredno učešće ATP putemNa+/K+ ATPaze
glukoza
15
29
CO2 HCO3- + H+
HCO3- HCO3
-
Cl- Cl- H+ H+ H+/K+-ATPaz
K+ K+
Na+
K+
K+ K+
Na+
K+ Cl- Cl-
L
U
M
E
N
Želučana kiselina
Parietalne stanice sluznice želuca
P
L
A
Z
M
A
Neto promet: lučenje HCl
30
kanal stanica-stanica
ioni,
aminokiseline
šećeri
nukleotidi
citosol citosol
proteini
nukleinske kiseline
međustanični prostor
međustanična komunikacija
prijenos iona i malih molekula između stanica
prehrana stanica daleko od krvnih žila (očna leća i kosti)
16
31
prenosioci iona
povećavaju ionsku propustljivost membrana
imaju antibiotska svojstva
narušavaju unutarstaničnu ionsku ravnotežu
ionofor - NOSAČ ionofor – KANAL
32
ugljikovodični
omotač
K+
omotač nosača sastoji se
od ugljikovodičnih skupina
vežu ione u svojim središnjim šupljinama
ion koordinira nekoliko atoma kisika (6-8)
kataliziraju prijenos iona kroz membranu čineći ih topljivima u lipidima
Ionofori - nosači
17
33
prenosi 105 K+ / sek
ometa oksidacijsku fosforilaciju u mitohondrijima, čineći ih propusnim za K+ ione
mitohondriji upotrebljavaju energiju dobivenu od prijenosa elektrona za nagomilavanje K+ iona, a ne za stvaranje ATP
Valinomicin – ciklički peptidni antibiotik
3D struktura valinomicina
34
Gramicidin A (peptidni antibiotik)
Transmembranski kanal (dimer) promjera 5 A prenosi 107 K+ i Na+ / sek
s vanjske strane hidrofobni aminokiselinski ostaci u unutrašnjosti polarni aminokiselinski ostaci