Transzportfolyamatok a biológiai rendszerekben

HTML
DOWNLOAD

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Transzportfolyamatok a biológiai rendszerekben"

Dénes Halász
6 évvel ezelőtt
Látták:

- A sejtet/sejtorganelluokat ebránok - lipid kettősréteg határolják.

1 A sejtben az anyagtranszport száára az oldattól eltérő körülények találhatók. Transzportfolyaatok a biológiai rendszerekben Transzportfolyaatok a sejt nyugali állapotában - A itoplazán belül is helyről helyre változik összetétel, viszkozitás. - A sejtet/sejtorganelluokat ebránok - lipid kettősréteg határolják. A ebránok szerkezete befolyásolja a transzportot A ebránon keresztül történő anyagtranszport soportosítása Extraelluláris tér glikolipidek glikoproteinek A soportosítás alapja: ergiafelhasználás olekuláris ehanizus Lipidek (40-60 %) foszfolipidek szfingolipidek, glikolipidek koleszterin Fehérjék (30-50 %) transzebrán vagy perifériás Intraelluláris tér satorna karrier fehérje karrier fehérje diffúzió failitált diffúzió Passzív transzport Aktív transzport

2 Molekulák diffúziója ebránon keresztül Molekulák diffúziója ebránon keresztül Diffúzió a lipid kettős rétegen keresztül Fik I v1 1 2 v 2 d A konentráió a ebránon belül egyenletesen változik J J = D Δ Δ x D <<D = D 2 d 1 Diffúzió a lipid kettős rétegen keresztül v1 1 2 v 2 d J J = D = p 2 d 1 ( 2 Mebrán pereabilitási állandó [s -1 ] ne érhető = 1 2 = v1 v2 = K 1 v1 K 1) Molekulák diffúziója ebránon keresztül Diffúzió a lipid kettős rétegen keresztül v1 1 2 v 2 d J J J = p ( 2 Mebrán pereabilitási állandó [s -1 ] = p K = p 1) ( v2 v 1) ( v2 v ne érhető = 1 2 = v1 v2 = K 1 v1 K 1) J =-p( v2 - v1 ) Pereabilitási állandó [s -1 ] Értékét befolyásolja: - diffúziós állandó a ebránban - ebrán vastagsága - egoszlási hányados a vizes és lipid fázis között

kis hidrofób olekula kis poláros olekula nagy poláros olekula ionok Pereabilitás és polaritás összefüggése O 2 O 2 N 2 víz etanol ainosavak glükóz nukleotidok

diffúzió ebránon keresztül Megfigyelés: száos esetben, habár a transzport ne energiafüggő, a kéiai/elektrokéiai poteniálnak egfelelően folyik, anyagára-sűrűsége

3 kis hidrofób olekula kis poláros olekula nagy poláros olekula ionok Pereabilitás és polaritás összefüggése O 2 O 2 N 2 víz etanol ainosavak glükóz nukleotidok Na +, K +, a 2+, l -, HO 3-10 (/s) 10-2 (/s) Pereability 10-6 (/s) (/s) Lipid solubility v pereability Relatív pereabilitás urea H 2 0 Ionok diffúziója ebránon keresztül Fik I. J = D Δ Δ x kéiai potenál és elektoroos potenál együttesen szintetikus lipid Lipid solubility relatív hidrofobiitás k-dik ion anyagára-sűrűsége Failitált diffúzió ebránon keresztül Megfigyelés: száos esetben, habár a transzport ne energiafüggő, a kéiai/elektrokéiai poteniálnak egfelelően folyik, anyagára-sűrűsége sebessége égse írható le passzív diffúzióként a Fik törvénnyel Fehérje terészetű közvetítők szelektív diffúziós útvonalak - passztív diffúziónál nagyobb sebességű - szelektív - telíthető - szelektíven gátolható passzív diffúzió failitált diffúzió Mihaelis-Menten kinetika transzportálandó olekula konentráiója

Failitált diffúzió ebránon keresztül a transzportált részeske és a ebránfehérje

IONSATORNA ionsatorna hidrofil pórus karrier fehérje transzebrán fehérje indíg

zárt nyitott feszültség-szabályozott ligandu-szabályozott ehanikai-szabályozott

4 Failitált diffúzió ebránon keresztül a transzportált részeske és a ebránfehérje közötti kapsolat alapján Failitált diffúzió ebránon keresztül 1. IONSATORNA ionsatorna hidrofil pórus karrier fehérje transzebrán fehérje indíg átjárható szabályozottan átjárható v satorna > v karrier fehérje > v passzív diffúzió zárt nyitott feszültség-szabályozott ligandu-szabályozott ehanikai-szabályozott szabályozottan átjárható ionsatorna Graiidin ionofór : vátlakozva D és L ainosavakból felépülő fehérje. - dierizáióra képes -a dierérete ebrán vastagsága Gariidin Proposed satorna ehanis űködésének of lehetséges graiidin ehanizusa gating Graiidin dier (PDB file 1MAG) open nyitott losed zárt

5 Failitált diffúzió ebránon keresztül karrier fehérje a transzport iránya 2. KARRIER FEHÉRJE onforation hange onforation hange Uniport Syport Antiport A A B A Mehanizus arrier-ediated sok nyitott solute kérdés. transport feltehetően transzebrán fehérjék; a kötődés konforáió változást okoz tipikus Mihaelis-Menten kinetika B karrier fehérje a transzport iránya Uniport Syport Antiport karrier fehérje a transzport iránya Uniport Syport Antiport A A B A A A B A B Pl. laktóz - H + transzport az E. oli batériu ebránján keresztül B itohondrial atrix Mitokondriu Pl. ATP/ADP sere (1:1) atrix a itokondriu belső ebránján ATP keresztül 4 ADP 3 adenine nuleotide transloase

6 karrier fehérje a transzport iránya Aktív transzport ebránon keresztül Uniport Syport Antiport A A B A -a transzport a kéiai/elektrokéiai poteniáleséssel szeben Valinoiin: szelektív K + -satorna ionofór Valinoyin H 3 H 3 H O O O H 3 O N H O H N H O H H H H H H 3 H 3 H 3 H 3 3 L-valine D-hydroxy- D-valine L-lati isovaleri aid aid B Valinoyin Hydrophobi hidrofób O O O K + O O O folyik, -energiafüggő -ATP-vel űködő transzporterek -fénnyel űködő transzporterek -satolt transzporterek Tapasztalat 1: A sejtebrán két oldala között elektroos poteniálkülönbség van Elektrofiziológiai jelenségek és a transzportfolyaatok kapsolata extraelluláris tér intraelluláris tér sejtebrán idő nyugali poteniál ~ V

7 Tapasztalat 2: Tapasztalat 2 (folyt.): Intraelluláris tér A sejtebrán két oldalán egyenlőtlen az ionok eloszlása A sejtebrán két oldalának sajátos az ionösszetétele Szövet Intraelluláris (ol/l) Extraelluláris (ol/l) [Na + ] i [K + ] i [l - ] i [Na + ] e [K + ] e [l - ] e Tintahal óriásaxon békaizo , ,5 120 patkányizo , ,5 110 Extraelluláris tér 1. Hogyan járul hozzá az ionok konentráiókülönbsége a nyugali poteniál kialakulásához? 2. Mi tartja fenn az ionok konentráiókülönbségét? ionok konentráiójának kiegyenlítődése a ebrán szelektív pereabilitása fehérjék: passzív transzport satornák szállítók aktív transzport (pupa) Lehetséges agyarázatok odell 1 Nyugaloban ne változik az ioneloszlás vagyis ne folyik transzport Tételezzük fel, (1) hogy egyensúlyban van a rendszer vagyis az elektrokéiai poteniál egyenlő a ebrán két oldalán

8 Tételezzük fel, (2) hogy K + -ra nézve korlátlanul pereábilis a ebrán (3) hogy Na + teljesen iobilis egyensúlyi poteniál Nernst-egyenlet K + -satorna Donnan odell egyensúlyi odell -az elektrokéiai poteniál egyenlő a ebrán két oldalán -a ebrán sak a K + -ra (és l - -ra) nézve átjárható -a sejt és környezete terodinaikailag zárt rendszer RT ϕ e -ϕ i = F ln [K+ ] i [K + ] e Ellenőrizzük! egyensúlyi poteniál nyugali poteniál Szövet Nyugali poteniál (V) száított ért RT ϕ e -ϕ i = F ln [K+ ] i [K + ] e Tintahal óriásaxon békaizo patkányizo 92,9 92

9 A többi ionféleségre is kiszáítva az egyensúlyi poteniált poteniál (V) tintahal békaizo óriásaxon U ért U 0K U 0Na U 0l Ne kapunk jó egyezést Finoítsuk: Lehetséges agyarázatok odell 2 Tételezzük fel: nins egyensúly vagyis folyik transzport Vegyük tekintetbe a ebrán valós pereabilitását a ebrán nesak a K + -ra nézve átjárható, Transzportodell az eredő fluxus = 0 ΣJ=J K ++J Na ++J l -=0 de az egyes ionokra nézve a pereabilitás különböző lehet K + -satorna Na + -satorna l - -satorna az egyes ionok fluxusa 0 az eredő fluxus = 0 ϕ ϕ = e i RT ln F + Σp k + Σp k + ke + ki + Σp k + Σp Goldan Hodgkin Katz egyenlet k ki ki

Nátriu káliu pupa antiporter Ioneloszlás fenntartása aktív transzporttal A sejtebrán elektroos odellje extraelluláris tér 3 Na + K + kötőhely R Na R K R l Na-ionok elektrokéiai gradiense K-ionok

10 Nátriu káliu pupa antiporter Ioneloszlás fenntartása aktív transzporttal A sejtebrán elektroos odellje extraelluláris tér 3 Na + K + kötőhely R Na R K R l Na-ionok elektrokéiai gradiense K-ionok elektrokéiai gradiense intraelluláris tér U 0Na U 0K U0l az adott ion egyensúlyi poteniálja ATP Na + kötőhely 2 K + ADP Az ionszelektív satornák ellenállással és feszültségforással odellezhetők Sejtek energiafelhasználásának kb. harada fordítódik erre Az állandó ionkonentráió fenntartásához szükséges a Na + és K + pupa űködése extraelluláris tér ebrán I Na I K I K I Na U 0Na U 0l U 0K A nyugali poteniál értelezése az elektroos odell alapján I j =1/R j (U -U 0j ) U 0j Nernst egyenlet alapján száolható Tudjuk, hogy U ΣI j =I ion =0 ΣI j =I Na +I K +I l =0 intraelluláris tér Na + / K + pupa Oh-törvény alapján: I j =1/R j (U -U 0j ) behelyettesítve: g K (U -U 0K ) + g Na (U -U 0Na ) = 0 U - et kifejezve Próbaszáítás: U = ( U 0K xg K ) + ( U 0Na g K + g Na xg Na ) [V]

Ionkonntráiók változása változtatja a ebránpoteniált A sejtebrán kondenzátorként viselkedik extraelluláris tér Mebrá npoteniál(v) ebrán intraelluláris tér U Külső K + konentráió (M) I =I

11 Ionkonntráiók változása változtatja a ebránpoteniált A sejtebrán kondenzátorként viselkedik extraelluláris tér Mebrá npoteniál(v) ebrán intraelluláris tér U Külső K + konentráió (M) I =I ion +I Kapaitása: ~10-6 F/ 2 ~5000 pár töltés/1μ 2 A sejtebrán elektroos tulajdonságai elektrootoros erő ellenállás kapaitás Módszerek a ebránpoteniál érésben, ionsatornák tanulányozásában

vezetőképessége poteniálfüggő du I = dt Path lap ell-attahed whole-ell urrent tie open losed inside out outside out A voltage is iposed

12 Voltage lap extraelluláris tér inraelluláris elektród jelgenerátor ebrán U extraelluláris elektród Áraérő visszasatolt erősítő I intraelluláris tér I = I + I ion - ebránpoteniált állandó értéken tartja - az ionáraot áraerősséget éri Változik, ha a satorna vezetőképessége poteniálfüggő du I = dt Path lap ell-attahed whole-ell urrent tie open losed inside out outside out A voltage is iposed between an eletrode inside the path pipet and a referene eletrode in ontat with surrounding solution. urrent is arried by ions flowing through the ebrane. Mérési elrendezések

urrent Aplitude Histogra 20 pa 102 se per trae Tipikus path lap felvétel Oupany of different urrent levels during the tie period of a reording is plotted against urrent in pioaperes (10 12 Ap).

13 urrent Aplitude Histogra 20 pa 102 se per trae Tipikus path lap felvétel Oupany of different urrent levels during the tie period of a reording is plotted against urrent in pioaperes (10 12 Ap). Peaks represent open & losed states (note sale). Baseline urrent, when the hannel is losed, is due to leakage of the path seal and ebrane Aplitude in pap Oupany of urrent levels

Hasonló dokumentumok

Transzportfolyamatok a biológiai rendszerekben

Transzportfolyamatok a biológiai rendszerekben A sejtben az anyagtranszport száára az oldattól eltérő körülények találhatók. Transzportfolyaatok a biológiai rendszerekben Transzportfolyaatok a sejt nyugali állapotában - A citoplazán belül is helyről