Membrán, transzport Tankönyv 3.1 és 3.2 fejezetei Szabó Gábor, 2016
Kulcsszavak elektrokémiai gradiens lipid-víz megoszlási hányados fogalma és jelentősége Henderson-Hasselbach egyenlet (jelentése és jelentősége az amfifil vegyületek intracelluláris eloszlásának meghatározásában) facilitált diffúzió a membránon keresztül, példával passzív transzport közvetlenül ATP-t hasznosító aktív transzport és fajtái csatolt (másodlagosan aktív) transzport és fajtái Na/glükóz csatolt transzport Na/Ca csatolt transzport Na/K pumpa Ca-pumpa glükóz uniport P-típusú és V-típusú transzporterek
Lipid bilayer 5 nm A citoplazma membrán funkciói: barrier transzport jelátvitel Szárazanyagtartalmuk: 40-60 % lipid 30-50 % fehérje 10 % szénhidrát
glikokalix sejt kortex
Membrán fehérjék vvt: ~50 membrán fehérje
( Gram-negatív ) baktériumoknak két sejtmembránjuk van Külső membrán: porinok miatt permeabilis Belső membrán: transzporterek Lodish, Fig. 15-15 Alberts, Fig. 11-17
Lipid szintézis, egyensúlyi lipid összetétel a különböző organellumokban Nagy különbségek! A mitokondriumokban bakteriális jellegű lipidek vannak Mit/ER/NE : alacsony koleszterin site of synthesis Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 2008
Asymmetric lipid composition görbület 1. Lipid beépülés a citoplazmatikus lemezbe 2. flippázok /floppázok scramblase-k 3. retenció
Lipid shape and supramolecular organization (polymorphism). görbület Kai Simons, and Julio L. Sampaio Cold Spring Harb Perspect Biol 2011;3:a004697 2011 by Cold Spring Harbor Laboratory Press
Citoszolikus és exoplazmikus felszín
Mobilitás - és annak korlátozása klaszterizáció vagy molekuláris kerítések révén
*! Cell 2015 Transbilayer lipid interactions mediate nanoclustering of lipid-anchored proteins*.
Kapcsolat a sejtkortexszel - vvt
Membránok fluiditása - regeneráció képessége rso vvt ghost hipotónia normotónia iso
sejtkortex A sejt alakját meghatározza a citoplazma mutáció ES HS megváltozott morfológia Defects that interrupt the vertical spectrin interactions are the biochemical and molecular basis for hereditary spherocytosis (HS), whereas defects in horizontal interactions cause hereditary elliptocytosis (ES). BLOOD, 2008, 112(10)
Transzport
Membránon keresztül folyó transzportfolyamatok A membrán lehet : lipid kettősréteg (teljes) sejtmembrán A transzport energetikailag lehet: Passzív (egyszerű diff., a lipid 2-s rétegen v. csatornán át, v. uniport-mediált) Aktív (kapcsolt vagy pumpált) Transzportált anyagféleségek száma: uniport szimport, antiport A transzportált anyag lehet: vízoldékony zsíroldékony C R = C m aq > 1
A lipid kettősréteg átjárhatósága: *
Mesterséges membránok 5-8 nm CMC: Critical Micellar Concentration
Vezikulák és MBL-ek
Transzport mechanizmusok energetikai szempontból *
Karrier-mediálta (- passzív -) transzport uniport ionofór Valinomycin (a highly selective K + ionophore)
Aktív transzport formái Glükóz Na + szimport antiport P V F ABC
Intestinal glucose transport Mit várható a Na+/K+ pumpa gátlásakor?
Mitől egyirányú az intesztinális glükóz transzport? ~ 30% of total energy consumption in the cell! http://academic.brooklyn.cuny.edu/biology/bio4fv/page/sympo.htm
Membránon keresztül folyó transzportfolyamatok A membrán lehet : lipid kettősréteg (teljes) sejtmembrán A transzport energetikailag lehet: Passzív (egyszerű diff., a lipid 2-s rétegen v. csatornán át, v. uniport-mediált) Aktív (kapcsolt vagy pumpált) Transzportált anyagféleségek száma: uniport szimport, antiport A transzportált anyag lehet: vízoldékony zsíroldékony C R = C m aq > 1
Membrán transzport fajtái transzportált S oldékonysága alapján: A. Hidrofil B. Hidrofób K C = C m aq > 1
Hidrofób molekulák transzportja Passzív transzportot befolyásoló tényezők 1. R (lipid / víz particiós coeff.) 2. i.c. partició - Henderson-Hasselbach egy. (amfifil anyagok) Aktív pumpák ABC (ATP binding casette) transzporterek (a) pumpa (b) csatorna (c) regulátor egyéb transzporterek
~ minimális hatásos cc. 1. lipid-víz particiós coeff. meghatározza pl. az ált. anesztetikumok hatékonyságát ~ lipid/víz particiós koeff. http://molinterv.aspetjournals.org/c gi/content/full/1/5/258 Membránban elért cc.
A fehérjék konformációja érzékeny a membránon belüli laterális nyomás eloszlásra
ion csatorna
lizoszóma ph 5 R-NH 2 R-NH 3 + R-NH 3 + R-NH 2 citoplazma ph 7 2. Particiós coeff. ph-függése (Henderson-Hasselbach) meghatározza az amfifil anyagok i.c. eloszlását pk: azon ph, melynél a neutrális és a töltött molekulák cc.-ja egyenlő
Daunorubicin distribution in cytoplasts Selwyn J. Hurwitz et al. Blood 1997;89:3745-3754 1997 by American Society of Hematology
Live cells incubated simultaneously with MitoTracker Deep Red FM, LysoTracker Green DND-26, and Hoechst 33342 (Invitrogen TM )
Hidrofób molekulák transzportja Passzív mechanizmusok R (lipid / víz particiós coeff.) i.c. partició - Henderson-Hasselbach egy. Aktív pumpák: következő előadás ABC (ATP binding casette) transzporterek (a) pumpa (b) csatorna (c) regulátor egyéb transzporterek
Az ezt követő diák emlékeztető, vagy kiegészítőszemléltető anyagként szolgálnak
MW SDS gel electrophoretogram (SDS-PAGE) (vvt membrán fehérjék)
Scanning calorimetry T Q (hőfelvétel)
Z. Cournia, http://zarbi.chem.yale.edu/~zoe/
Human NK cells readily form membrane nanotubes. Chauveau A et al. PNAS 2010;107:5545-5550 2010 by National Academy of Sciences
Na + /Ca 2+ -exchanger: Science 2012 Feb 10;335(6069):686-90
Lateral pressure profile surfactants (felszínaktív anyagok)
A foszfolipidek többségének vázát glicerinvázhoz észterkötéssel kapcsolódó két 14-22 szénatomot tartalmazó zsírsav lánc és egy negatív töltésű foszfátcsoport képezi. A foszfátcsoporthoz további poláros atomcsoportok kapcsolódnak, pl.: etanolamin, szerin (nettó negatív töltés!), kolin, inozitol
A glicerinváz helyett egy aminoalkohol van és a zsírsav az NH csoporton keresztül kötődik a szfingolipidekben (pl. szfingomielin)
A koleszterin molekuláknak számos fizikai funkciója van a membránban: * Immobilizálja a foszolipid molekulák első néhány szénhidrogén csoportját. Ez a lipid kettősréteget a deformációval szemben ellenállóbbá teszi és lecsökkenti a kis vízoldható molekulák permeabilitását a membránon át. Koleszterin nélkül a sejteknek sejtfalra lenne szüksége (l. baktériumok). * A koleszterin gátolja a fázis átalakulásokat a membránban: Tm alatt inkább fluidizál, felette stabilizálja a gélszerű doméneket.