Biológiai membránok és membrántranszport
Biológiai membránok A citoplazma membrán funkciói: térrészek elválasztása (egész sejt, organellumok) transzport jelátvitel
Milyen a membrán szerkezete? lipidek (40-60 %) fehérjék (30-50 %) szénhidrátok (10%)
Milyen a membrán szerkezete? lipid kettősréteg, hidrofil/hidrofób részek fehérjék: integráns, perifériás szénhidrátok extracelluláris oldal perifériás fehérjék transzmembrán fehérje integráns fehérjék
Milyen a membránt felépítő foszfolipidek általános szerkezete?
A foszfolipidek amfipatikus molekulák poláros feji rész (hidrofil) Foszfolipidek aggregációja vizes közegben apoláros farokrész (hidrofób)
A membrán fázisállapotai T<T m, gélszerű állapot, a zsírsav láncok szorosabb pakolódása korlátozott molekuláris mozgások és diffúzió T>T m, folyadékszerű állapot, a zsírsav láncok lazább pakolódása, intenzívebb molekuláris mozgások és szabadabb diffúzió T m : fázisátalakulási, vagy olvadási hőmérséklet
Milyen tényezők befolyásolják a membrán fluiditását? zsírsavláncok hossza: rövidebb láncok gyengébb kölcsönhatás - T m telítetlen zsírsavak mennyisége: kettős kötés - törés a láncban gyengébb kölcsönhatás - T m koleszterin mennyisége a koleszterin egy szteránvázas lipid, mely szükséges alkotóeleme a plazmamembránnak kettős hatás: T m alatt fluidizál, fölötte csökkenti a fluiditást, merevebbé teszi a membránt
A membránban végbemenő molekuláris mozgások és azok vizsgálata lipidek: DPH fluoreszcencia polarizáció v. anizotrópia fluiditás fehérjék: FRAP Single Particle Tracking Fluorescence Correlation Spectroscopy
A membrán dinamikája Frye és Edidin-féle sejtfúziós kísérlet Singer és Nicolson-féle folyadék-mozaik membrán-modell: a folyékony lipid-tengerben szabadon úsznak a fehérjék Részben igaz, de valójában a membrán struktúrája ennél bonyolultabb:
1 integrin Kv1.3 CD4/CD8 Lipid tutajok (raftok vagy DIG-mikrodomének) Speciális összetételű (magas szfingolipid, glikolipid és koleszterin tartalmú), fehérjéket is magában foglaló membrándomének (detergens inszolubilis glikolipid-mikrodomén) Mi a raftok funkciója? PKC A raftok funkciója: membránfehérjék laterális szervezettségének biztosítása, bizonyos jelátviteli folyamatokhoz szükséges elemek együtt tartása, hogy kölcsönhathassanak egymással K v 2 TCR/ CD3 hdlg ZIP-1/2 p56 lck
Membránfehérjék eloszlása és annak megjelenítése Immunofluoreszcenciás jelölés: fluoreszcens festékkel jelölt antitest kötődik a fehérjéhez Egyenletes eloszlás (csak más mikroszkópos technikákkal láthatók kisebb mikrodomének) patch-ek (foltképződés) cap (sapka képződés)
Membrántranszport
Mitől függ a molekulák membránon keresztüli diffúziójának sebessége? gázok csökkenő permeabilitás kis töltetlen poláros molekulák víz nagy töltetlen poláros molekulák ionok töltött poláros molekulák urea etanol glükóz aminosavak ATP glükóz-6-foszfát
A membrántranszport különböző típusai passzív alacsonyabb koncentráció felé energiát nem igényel diffúzió elsődleges aktív aktív magasabb koncentráció felé energiát igényel facilitált diffúzió közvetlen ATP felhasználás másodlagos aktív a célmolekula átjutását segítő transzport fehérje közvetett ATP felhasználás: egy másik molekula gradiensének energiájával szállítja a célmolekulát
Passzív transzport diffúzió: csak kis méretű és lipidoldékony molekulák jutnak át a membránon pl. szteroid hormonok, O 2 és CO 2 vvt-ben facilitált diffúzió: csatorna vagy karrier fehérje segítségével a gradiensnek megfelelően szelektív, telíthető, specifikusan gátolható a célmolekula átjutását segítő transzport fehérje pl. glükóz transzporter, ioncsatornák, vízcsatornák
Ionofórok Az ionofórok kis, hidrofób molekulák, melyek ionokat képesek lipidoldékony komplexbe vinni, töltésük leárnyékolása révén, így segítve azok átjutását a membránon. Általában baktériumok/gombák termelik más, kompetáló mikroorganizmusok elpusztítására, így antibiotikus hatásuk van. Két fő csoportjuk: Csatornaképző ionofórok: a membránba épülve csatornákat hoznak létre az ionok számára Gramicidin, Nystatin Mobilis ion karrierek: gyűrűszerű molekulák, melyek kívül hidrofóbak és belül kötik az iont Valinomicin, Nonaktin, Monaktin, Nigericin, A23187, Ionomicin, CCCP
Aktív transzport közvetlen ATP felhasználás elsődleges aktív: a pumpafehérje ATP hidrolízisből nyert energiával juttat át ionokat a membránon a gradienssel szemben pl. Na + /K +, Ca 2+, H + pumpák közvetett ATP felhasználás: egy másik molekula gradiensének energiájával szállítja a célmolekulát másodlagos aktív: egy elsődleges aktív mechanizmus által létrehozott gradiensben tárolt energiát használja egy másik molekula gradienssel szemben történő transzportjához pl. Na + -glükóz vagy Na + /Ca 2+ kotranszport
A transzport mechanizmusok osztályozása a transzport iránya alapján facilitált diffúzió uniport szimport antiport másodlagos aktív egy ion/molekula egy irányban két/több molekula/ion együttes szállítása más pumpák ATP felhasználásával létrehozott gradiensében tárolt energiát hasznosítja szimport: Na + -glükóz bélhámsejtben antiport: Na + /Ca 2+ kicserélő (3:1) szívizomsejtben
Hogyan működik és mi a funkciója a Na + /K + pumpának? Na + és K + gradiensek fenntartása: membránpotenciál (elektrogén: 3 Na + /2 K +, diffúziós potenciál forrása) ozmotikus nyomás csökkentése energia másodlagos aktív transzporthoz
Glükóz felvétel a bél lumenből