Biologija transporta - V- in F-črpalke

V-črpalke

• V V-črpalkah se ATP defosforilira, pri tem pa se sproščena energija porabi za prenos protonov proti koncentracijskemu gradientu.
• To pomeni, da se protoni prenašajo iz območja z nižjo koncentracijo v območje z višjo koncentracijo.

F-črpalke

• V F-črpalkah se ATP fosforilira, pri tem pa se protoni premikajo v smeri koncentracijskega gradienta, torej v matriks mitohondrija.
• Ta proces izkoristi energijo, ki se sprosti pri prehodu protonov iz območja z višjo v območje z nižjo koncentracijo.

ABC transporter

• ABC transporter je sestavljen iz dveh podenot.
• Pri transportu ene molekule se porabita dve molekuli ATP.
• Najpogosteje transportira toksine, včasih pa tudi ione, kot je CFTR, ki transportira kloridne ione.
• Nepravilno delovanje CFTR povzroča cistično fibrozo.

Cistična fibroza

• Pri cistični fibrozi se zaradi nepravilnega delovanja CFTR transporterja ne prenaša dovolj kloridnih ionov iz celice skozi apikalno membrano.
• Zaradi tega se zmanjša količina natrijevih ionov in vode na zunanji strani apikalne membrane.
• Rezultat je viskozna sluz, ki se kopiči in olajša rast bakterij.

Medcelična signalizacija

• Celice potrebujejo signale iz okolja za preživetje, rast, delitev in diferenciacijo.
• Pomanjkanje signalov vodi v apoptotično smrt celice.
• Signalne molekule lahko delujejo preko različnih mehanizmov, vključno s sekrecijskim signaliziranjem, signaliziranjem skozi presledkovne stike in kontaktno odvisnim signaliziranjem.

Sekrecijsko signaliziranje

• Obsega parakrino in avtokrino delovanje rastnih faktorjev, endokrino delovanje hormonov in sinaptično delovanje nevrotransmiterjev.

Signalne molekule

• Ločimo tri tipe signalnih molekul: dušikov oksid (NO), hidrofilne molekule (potrebujejo receptor na membrani) in hidrofobne molekule (vstopijo v celico, potrebujejo prenašalce in citosolne ali jedrne receptorje).

Dušikov oksid (NO)

• NO nastane s cepljenjem od arginina.
• NO se lahko odcepi tudi od glicerina, kar se uporablja pri prvi pomoči pri infarktu.
• NO se veže na receptorje v gladkih mišičnih vlaknih in povzroči sproščanje cGMP (cikličnega GMP), ki povzroči relaksacijo gladkih mišičnih celic.
• Viagra deluje tako, da prepreči razgradnjo cGMP, kar omogoči razširitev žil v penisu in povečan pretok krvi.

Integrini

• Integrini so membranski proteini, ki povezujejo celice z zunajceličnim matriksom.
• Vežejo se na α in β podenoti.
• Vezava na α podenoto je odvisna od prisotnosti kalcija ali magnezijevih ionov, vezava na β podenoto pa je odvisna od zaporedja aminokislin na ligandu.
• Integrini imajo pomembno vlogo pri adheziji celic, signalizaciji in migraciji.
• Primer integrinov so membranski proteini na trombocitih, ki se vežejo na kolagen in fibrinogen.

Kadherini

• Kadherini so kalcija odvisni adherentni proteini.
• Vedno nastopajo v parih in potrebujejo kalcij za pravilno konformacijo.
• Podrazdelimo jih na klasične (eptelijski, živčni, placentalni in endotelijski) in neklasečne (protokadherini, dezmokolini in dezmogleini).
• Kadherini imajo pomembno vlogo pri adheziji in tvorbi medceličnih stikov.

Naddružina Ig

• Od kalcija neodvisni proteini, ki sodelujejo pri medcelični adheziji.
• Med to skupino sodijo ICAM (intercelularne CAM) in NCAM (nevronske CAM), ki imajo pomembno vlogo pri razvoju živčnih tkiv.

Selektini

• Selektini so kalcija odvisni proteini in se vežejo na sladkorni del glikoproteinov.
• Ločimo E-selektine (endotelij), P-selektine (trombociti in endotelij) in L-selektine (levkociti).
• Selektini tvorijo šibke in prehodne povezave med celicami.

Migracija levkocitov na območje infekcije

• Pred bakterijsko infekcijo so selektini v celicah endotelija zaprti v vezikle.
• Pri vdoru bakterije se sproščajo vnetni mediatorji, ki povzročijo prehod selektinov na celično membrano endotelija.
• Selektini se povežejo z glikoproteini na levkocitih in omogočijo njihovo kotaljenje.
• Po intenzivni vezavi selektinov se na levkocitih aktivirajo integrini.
• Integrini se vežejo na ICAM molekule na endotelijskih celicah in omogočijo trdno povezovanje levkocitov.
• Nato se levkocit vrine med dvema celicama endotelija in lahko zapusti krvni obtok.

Aktinski filamentni sistem

• Aktinski filamenti so polimeri, ki so zgrajeni iz G-aktinskih monomerov.
• Aktinski filamenti so polarni in se lahko podaljšajo na plus koncu in skrajšajo na minus koncu.
• Aktinski filamenti imajo pomembno vlogo pri gibanju celice, endocitozi, eksocitozi in citoskeletni strukturi.

Proteini, ki vplivajo na aktinske filamente

• *Cepitveni proteini: Gelsolin in kofilin cepita aktinske filamente.
• *Proteini, ki povezujejo filamente v snople ali mreže:
  • Fimbrin: tvori tesne paralelne snople aktinskih filamentov, najdemo jih v mikrovilih in filopodijih.
  • α aktinin: tvori krčljive antiparalelne snople aktinskih filamentov, najdemo jih v delitveni brazdi, adherentnem pasu in stresnih nitih.
  • Filamin: povezuje aktinske filamente v mrežo, najdemo jih tik pod celično membrano.

Proteini, ki vežejo aktinske filamente na membrano

• Distroglikan: transmembranski protein, ki se veže na distrofin, ki je povezan z aktinskimi filamenti in Z diskom sarkomere.
• Ti proteini pomagajo prilagajati celično membrano kontrakciji.

Neproteinski strupi za aktinske filamente

• Citohalazin: se veže na plus konec aktinskega filamenta in prepreči dodajanje novih monomerov.
• Latrunkulin: se veže na G-aktin in prepreči njegovo polimerizacijo.
• Faloidin: poveča stabilnost aktinskih filamentov.

Gibanje celice

• Filopodiji, ki so sestavljeni iz aktinskih snopov in miozina I, pretipajo okolico.
• V smeri gibanja je celična membrana ojačana s korteksom, ki je sestavljen iz aktinske mreže.
• Stresne niti, ki so povezane na fokalne stike, pomagajo pri premikanju celice.

Endocitoza

• Endocitoza je proces, pri katerem celice sprejemajo snovi iz zunajceličnega prostora.
• Ločimo štiri vrste endocitoze:
  • Fagocitoza: vnos velikih delcev (npr. bakterij) preko velikih veziklov.
  • S klatrini posredovana endocitoza: vnos selektivnih molekul preko receptorjev.
  • S kaveolini posredovana endocitoza: vnos raftnih membran in virusov.
  • Makropinocitoza: vnos raztopljenih snovi.

Fagocitoza

• Fagocitozo vršijo tri vrste celic: makrofagi, nevtrofilci in dendritične celice.
• Velikost fagosoma je odvisna od velikosti delca.
• Fagociti se zlivajo z lizosomi.
• Fagocitoza je selektivna in poteka preko receptorjev, kot so Fc-receptorji (IgG) za protitelesa.

Receptorska endocitoza – s klatrini posredovana

• Primer receptorske endocitoze je endocitoza LDL delcev.
• LDL delci so zgrajeni iz fosfolipidov, trigliceridov in holesterola ter jih obdaja apoprotein.
• Sprejem LDL delcev se začne s sintezo transmembranskih receptorjev za LDL.
• Z vezavo nastane klatrinski obroč in se odcepi vezikel, ki potuje v endosom.
• V endosomu se zaradi nizkega pH ločijo LDL delci in receptorji.
• LDL delci se razgradijo, s čimer celica dobi holesterol.
• Če LDL receptorji niso funkcionalni, se LDL delci ne morejo prenesti v celico in se nabirajo na membrani, kar vodi do nastanka ateroskleroze.

Transcitoza

• Transcitoza je proces, pri katerem se molekule prenašajo preko epitelijskih celic.
• Primer je transport materinih protiteles iz tankega črevesa novorojenčka v kri.
• Transcitoza poteka preko reciklirajočih endosomov.

Reciklirajoči endosom

• Reciklirajoči endosomi so pomembni pri recikliranju receptorjev in transcitozi.
• Primer recikliranja receptorske je inzulinska stimulacija.
• Inzulin se veže na receptor in sproži sproščanje glukoznih transporterjev iz reciklirajočih endosomov v plazmalemo, kar omogoči vnos glukoze v celico.

S kaveolini posredovana endocitoza

• Kaveolini posredujejo endocitozo raftnih membran, kar omogoči recikliranje in obnavljanje raftnih proteinov.

Makropinocitoza

• Makropinocitoza je proces, pri katerem celice sprejmejo raztopljene snovi.
• Proces se začne z oblikovanjem psevdopodijev, ki se združita in ustvarita vakuolo.

Lizosomi

• Lizosomi so organeli, v katerih poteka razgradnja snovi.
• Vsebujejo kisele hidrolaze (proteaze, lipaze, nukleaze...), ki potrebujejo kisel pH, ki ga vzdržujejo protonske črpalke.
• Razgradnja omogoči pridobivanje gradnikov, ki jih celica lahko ponovno uporabi.

Sinteza lizosomskih encimov

• Sinteza lizosomskih encimov poteka v zrnatem ER.
• V cis Golgijevem mrežju se na encime doda manoza-6-fosfat (M6P).
• M6P prepoznajo receptorji v trans Golgijevem mrežju in prenesejo encime do endosomov in lizosomov.

Koraki razgradnje v lizosomih

• Razgradnja se začne z endocitozo in formacijo zgodnjega endosoma.
• Od zgodnjega endosoma se v notranjost odcepljajo vakuole, ki vsebujejo encime in makromolekule.
• Z odcepljanjem vakuol nastane multivezikularno telo (MVB), v katerem že poteka razgradnja.
• Zadnja stopnja je pozni endosom, ki se združuje z lizosomskimi vezikli.
• Zadnja stopnja je lizosom, ki vsebuje le še encime in neprebavljene snovi.

Ugotovite, koliko veste o V- in F-črpalkah ter ABC transportnih sistemih. Ta kviz obravnava ključne procese, ki vključujejo ATP in transport ionov, kar je ključno za razumevanje cistične fibroze. Preizkusite svoje znanje in naučite se več o teh pomembnih bioloških mehanizmih.