Eukarióta sejtek - 2. előadás PDF

A eukarióta sejt valódi sejtmaggal, gazdag belső membránstruktúrával (sejtorganellumokkal) és belső vázzal rendelkezik Az eukarióta sejt (növényi, állati, gomba)  Kialakulás, általánosságok  Sejtmembrán (I) Az eukarióta sejt kialakulása az eukarióta sejt ma  Az eu...

A eukarióta sejt valódi sejtmaggal, gazdag belső membránstruktúrával (sejtorganellumokkal) és belső vázzal rendelkezik Az eukarióta sejt (növényi, állati, gomba)  Kialakulás, általánosságok  Sejtmembrán (I) Az eukarióta sejt kialakulása az eukarióta sejt ma  Az eukarióta sejt kialakulása archezoa hipotézis: az eukarióta sejt őse egy DNS genommal Sejtmembrán rendelkező archeobaktérium lehetett az ős- prokarióta – DNS 3 milliárd évvel ezelőtt Citoplazma  Az eukarióta sejt kialakulása  a sejtmembrán betüremkedése Sejtmembrán a sejtmembrán betüremkedése DNS Citoplazma  Az eukarióta sejt kialakulása  a sejtmag kialakulása a maghártyát a citoplazma- Magmembrán Sejtmembrán membránján befűződése eredményezte a lefűződött membrán magában foglalta a DNS-t, Sejtmag DNS mely így elkülönült a sejt többi részétől Citoplazma Az eukarióta sejt kialakulása  az endoplazmás retikulum (ER) és a Golgi készülék kialakulása Magmembrán Sejtmembrán (hasonlóan a sejtmaghoz) a citoplazma membrán Sejtmag DNS befűződésével Citoplazma  Az eukarióta sejt kialakulása  a mitokondrium kialakulása aerob aerob Prokarióta Prokarióta endoszimbiózis elmélete egy ősi eukarióta sejt bekebelezett egy aerob baktériumot, ez szimbiózisban maradt a sejttel átvette a sejtben az energiaszolgáltató funkciót = mitokondrium a DNS-ének nagy részét elveszítette Mitokondrium A mitokondrium saját prokarióta-szerű riboszómákkal rendelkezik, DNS-ének szerkezete is a prokariótákéhoz hasonlít (szabályozó régiók felépítése, nincsenek intronok*, stb). kettős membránnal rendelkezik: a belső baktériumszerű, a külső eukarióta eredetű  Az eukarióta sejt általános jellemzői  kívülről a sejtmembrán borítja  sejtmagja (nukleusz) van, melyet egy kétrétegű magmembrán választ el a citoplazmától  genetikai anyaga igen komplex módon csomagolt a kromatin = a lineáris DNS és az ahhoz kötődő fehérjékből (hisztonok) álló komplexum  a sejtmagvacska (nukleólusz)(egy vagy több)- a riboszómális RNS-ek szintézisének helye  membránokkal határolt sejtorganellumokkal rendelkezik = kompartimentalizáció  belső váza (citoszkeletonja) van, ami a sejtnek alakot biztosít, a mozgás képességet adja, az organellumok elhelyezkedését és mozgatását biztosítja a transzkripció színtere a sejtmag, míg a fehérje szintézisre a citoplazmában kerül sor A sejtmembrán  Szerkezete  Feladatai Az eukarióta sejt membránjai 1. a plazmamembrán 2. a magmembrán (külső és belső) 3. az ER és Golgi-apparátus (+ vezikulumok) membránjai 4. a mitokondrium membránja (külső és belső) 5. a peroxiszómák és lizószómák membránja  Az eukarióta sejt membránjai  a plazmamembrán és a sejtalkotók membránrendszerének alapfelépítése és műkődési alapelve azonos = biológiai membránok egér májsejtek egy részlete a piros nyilak mutatják két szomszédos sejt egymásnak simuló plazmamembránját, jobbra és balra az endoplazmatikus retikulum ciszternái láthatók Membrán-modellek A folyékony mozaik membrán modell  a sejtmembrán kettős foszfolipid rétegből és az abba beékelődő proteinekből áll  a membrán nem merev képződmény, hanem többirányú mozgás figyelhető meg a lemez síkjában (folyékony)  a fehérje molekulák megszakítják a lipid réteg „egyhangúságát” (mozaikos)  A sejtmembrán szerkezete  alapszerkezetét egy lipid molekulákból álló kettős réteg (lipid bilayer) alkotja, amelyben különféle fehérje természetű molekulák helyezkednek el  ezekhez esetenként oligoszacharid (szénhidrát) molekulák kapcsolódnak (glikolipid, glikoprotein) A sejtmembrán szerkezetének vizsgálata: a folyékony nitrogénnel lehűtött preparátumot eltörik. FAGYASZTVA TŐRÉS A sejtmembrán szerkezete: építőkövek minden biológiai membrán alapvetően 3 komponensből áll:  lipidekből (foszfolipid, koleszterin, glikolipid)  fehérjékből (perifériás/integrált)  szénhidrátokból (glikoproteinek, glikolipidek) átlagosan: 40-60% lipid, 40-50% fehérje, 2-3% szénhidrát a lipidek és fehérjék részaránya a sejtorganellumok, sejttípusok membránjában változó  Egyes biológiai membránok összetétele  a lipidek és fehérjék részaránya a sejtorganellumok, sejttípusok membránjában változó Mitokondrium belső membránja Membránlipidek  foszfolipidek (foszfogliceridek, szfingolipidek)  glikolipidek (cerebrozidok, gangliozidok)  szteroidok (koleszterin) koleszterin nem található a prokarioták, mitokondrium, színtest belső membránjában !!  az egyes lipidek részaránya a sejtorganellumok, sejttípusok membránjaiban igen széles skálán változó Egyes biológiai membránok lipid összetétele  ~ 50%-a foszfolipid,  ~ 25%-a koleszterin,  kisebb része glikolipid és  más lipidek foszfolipidek  Foszfolipidek (foszfatidok) pálca alakú, amfipatikus molekulák – hidrofil kettős oldhatóságu részekkel rendelkeznek feji rész  poláros (hidrofil) „feji” rész  apoláros (hidrofób), hosszú láncú hidrofób „farki” rész farki rész  Foszfolipidek  poláros (hidrofil) „feji” rész  glicerin-foszfát váz +  poláros bázis (pl. kolin, szerin, etanolamin) vagy  szénhidrát (inozitol, N-acetilezett cukor)  apoláros (hidrofób)„farki” rész  két alifás zsírsavlánc: rendszerint az egyik telitett (palmitinsav, sztearinsav) a másik telítetlen (oljsav, linolénlav) pl. foszfatidil-kolin a leggyakoribb foszfolipid  Foszfolipidek  vizes közegben hajlamosak spontán kettős rétegbe (bilayer) rendeződni  a hidrofil feji rész a vizes fázis felé  a hidrofób farki részek a kettős réteg belseje (egymás felé) néznek lipid bilayer computer-szimuláció  a szabad végek nem stabilak, a kettős réteg gömbszerű képződménnyé zárul össze: liposzóma  ez a szerkezet megakadályozza a vízben oldódó molekulák átjutását a membránon liposzóma liposzóma – EM kép A membrán kettős foszfolipid rétege poláros, apoláros, hidrofób poláros, hidrofil farki részek hidrofil feji rész feji rész vizes közeg vizes közeg 3-5 nm 8-10 nm az állati sejtek plazmamembránja 8-10 nm  Koleszterin  apoláros felépítésű, szteránvázas vegyület  nem alkot kettős réteget, beékelődik a foszfolipid molekulák közé  szteránváza a zsírsavláncokkal hidrofób kapcsolatot alakít ki - hidrogén kötések a szomszéd foszfolipidek oxigén atomjaival-  hatása: normális hőmérsékleten némileg merevíti (stabilizálja) a membránt  mennyisége elérheti a foszfolipidekét (50%)  származékai: szteroidhormonok, epesav, D vitamin A membrán jellemzői  aszimmetria  fluiditás A membrán aszimmetriája  a lipidek döntő hányada egyenlőtlen arányban oszlik meg a két lipid-monolayerben - mennyiségi és minőségi eltérések  a membránok biogenézise során alakul ki  a kialakult aszimmetria termodinamikai okoból gátolja a lipidek cseréjét a két felszín között Külső layer: felismerési folyamatok és jeltovábbítás (pl. glikolipidek) Belső layer: a sejt belső terébe történő jeltovábbításban fontosak (pl. foszfatidiletanolamin, foszfatidilinozitol, foszfatidilszerin) A membrán aszimmetriája: Pl. az egyes foszfolipid komponensek különböző arányban oszlanak meg a membrán bilayer belső és külső lemezében (monolayer-ében) mennyiségi és minőségi eltérések foszfatidil-szerin külső monolayerben való megjelenése apoptózist vált ki !!!  A membrán fluidítása, folyékonysága A membrán megfelelően csak „fluid” állapotában működik A membrán fluidítása, folyékonysága Lipidek mozgása a membránban  rotáció  laterális diffúzió  “flip-flop”, vagy transzverz diffúzió a flip-flop mozgás ritka, az ú.n. foszfolipid transzlokátorok vagy flippázok segítik elő A lipidek mozgásának (fluiditás) vizsgálata Laterális diffúzió pl.: egy 800 D m.s.-jú lipid néhány µm-t tud elmozdulni 1 mp alatt! A proteinek nagy méretük miatt lassabban mozognak. Vizsgálati eljárás: fluorescence recovery after photobleaching (FRAP) technika A membrán fluidítása függ:  a hőmérséklettől  a membrán zsírsavösszetételétől  a koleszterin részarányától hő Gél állapot Folyékony állapot alacsony hőmérsékleten a lipidek alig mozognak (befagynak): a lipid kettős réteg gél szerű állapotban van (zselészerű állapot) a hőmérséklet emelkedése gél állapotból folyékony állapotba való átmenetet eredményez A membrán folyékonysága, fluidítása  Telített és telítetlen zsírsavak hatása telített zsÍrsavak: elősegítik a gél állapotba való rendeződést telítetlen zsírsavak: töréshez vezetnek a (acyl)láncban, megnehezítik a gél állapot kialakulását  minél nagyobb egy lipid kettős réteg telített- zsírsav részaránya, annál magasabb a hőmérséklet, amelyen a membrán gélből - folyékony állapotba megy át A membrán fluiditása  A koleszterin (szteroidok) hatása paradox:  magas hőmérsékleten csökkenti a membrán fluiditást (a rigid gyűrűk hatása)  alacsony hőmérsékleten növeli a fluiditást (a szomszédos szénhidrogén láncok természetes elrendeződését gátolva) ezáltal fenntartja a membránfunkciókat és véd a fagyás ellen AZONBAN, csökkentik a lipid bilayer permeabilitását – a foszfolipidek közötti teret kitöltve Lipid raft-ok (lipid tutajok) speciális fehérjék  koleszterinben és szfingolipidekben (+ glikolipidek) Kimutatás: AFM (atom force microscope) gazdag mikrodomének hosszabb zsírsavláncú lipidek koncentrálódnak, más nevei a szakirodalomban: ezért ezen a területen a membrán vastagsága megnő ! - detergent-insoluble glycolipid-enriched complexes (GEM vagy DIG)  a lipid raftokhoz specifikus fehérjék is csatlakoznak - detergent resistant membranes (DRMs)  jelentőségük: membránhoz kötött transzport folyamatok egyes jelfolyamatok komponenseinek összegyűjtése  Membránfehérjék  a membrán fehérjetartalma széles határok között változik, átlagosan 40-50% körüli a velőhüvelyes idegrostok mielinhüvelyének plazmamembránjában alig 25%, a mitokondrium belső membránjában elérheti a 70–80%-ot is  a fehérje és lipid aránya a membránban a molekulasúly alapján 50-50% körüli, de mivel a fehérjék jóval nagyobbak a molekulák száma alapján 1 fehérjére kb. 50-100 lipid molekula jut  Membránfehérjék A membránhoz való kapcsolódásuk alapján 1. integráns membránfehérjék többé-kevésbé bemerülnek a membránba 1a. transzmembránfehérjék- teljesen átérik a membránt, vagy 1b. integráns monotop membránhehérjék 2. lipidek által kihorgonyzott membránfehérjék - kovalensen kötődnek valamelyik membránkomponenshez (lipidhorgony)  csak a lipid kettősréteg megbontásával (pl. detergenskezeléssel)távolíthatók el 3. perifériás membránfehérjék  a membrán külső vagy belső felszínén lokalizálódnak,  gyengén kötődnek valamelyik membránkomponenshez  a membrán szétbontása nélkül leválaszthatók  Membránfehérjék A membránhoz való kapcsolatuk alapján: Transzmembrán membránfehérjék bilayerbe való beágyazódása az a-helikális szerkezet igen gyakori - a hidrofób aminosavak felszínre kerülésével a proteinek jól rögzülnek a membrán hidrofób rétegében - az a-helikális szerkezetek hidrofil komponensei a pórusképzésben fontosak Funkció: gyakran transzporterek Transzmembrán fehérjék Gyakran csatornák, transzporterek Pl. aquaporinok (vízcsatornák) - 6 traszmembrán (alfa-hélix) régióval rendelkező membrán fehérjék tetramérekké állnak össze tetramérek a vízmolekulák gyors áthaladását szolgáló csatornák 5x108 vízmolekula / sec a víz folyamatosan áramlik a kanálison keresztül az ozmotikus gradiensnek megfelelően Vvt-ek: 2x105 csatorna/ sejt Perifériás membránfehérjék külső vagy belső membrán asszociált fehérjék  kapcsolat az integráns proteinek hidrofil részeivel vagy a membrán lipidek poláros feji részeivel. A belső membrán felszínhez kötődő perifériás fehérjék rendszerint  a jelátviteli folyamatokban vesznek részt, a sejtfelszíni receptoroktól érkező jeleket közvetítik a citoplazmába Perifériás membránfehérjék Lehetnek adapter fehérjék Pl. ankirin, spektrin a vvt membránjában a sejtmembrán szerkezetének stabilizálása és alak meghatározása pl. vvt bikonkáv alakja Membránfehérjék funkciói (összefoglalás) TRANSZPORTER KIHORGONYZÁS RECEPTOROK ENZiMEK  A sejtmembrán szénhidrát komponensei  Glikoproteinek (gyakori)  Glikolipidek (ritka) oligoszacharid oldalláncaikkal a külvilág felé néznek  Proteoglikánok fehérjékhez kovalens kötéssel kapcsolódó poliszacharid láncok Gyakori szénhidrátok: galaktóz, mannóz, N-acetilglukózamin és sziálsav  A sejtmembrán szénhidrát komponensei  a sejtmembrán külső felszínén a glikokálix (external coat) alkotásában vesznek részt.  a sejtmembrán belső oldalán szénhidrátok nincsenek Funkciók: Felszíni védelem Felismerés Sejtadhézió  A sejtmembrán feladatai 3 fő feladat: 1. anyagfelvétel és – leadás (transzport) 2. a sejten kívülről származó ingerek felfogása, feldolgozása és továbbítása (jelátvitel) 3. sejt-sejt, ill. sejt-sejtközötti állomány közötti kapcsolatok létrehozása 1. Transzport Anyagmozgás a sejtmembránon keresztül (I) 1a. Kis molekulák és ionok transzportja 1b. „Makromolekulák” transzportja: Endocitózis, Exocitózis Az egyes ionok koncentrációja a sejten belül és kívül lényegesen különbözik egymástól A pozitív és negatív töltésű részecskéknek egyensúlyban kell lenniük mind a sejten belül, mind a sejten kívül Na+ – a leggyakoribb kation a sejten kívül (Cl- egyenlíti ki) K+ – a leggyakoribb kation a sejten belül (kb. sejten belüli anionok egyenlítik ki)  A különböző ionmegoszlást a sejten belül és kívül részben a kettős lipidréteg áteresztőképessége részben pedig a membrán transzportfehérjék biztosítják fehérjementes lipid kettős réteg a legtöbb a sejtmembrán viszont átjárható ! vízben oldódó molekula számára specializált membránfehérjék felelősek a kis átjárhatatlan vízben oldódó molekulák sejtmembránon való átjuttatásáért A sejtmembrán áteresztő képessége (permeabilitása) a különböző anyagokra nézve különböző = szemipermeábilis (féligáteresztő) Könnyen átereszt kicsi, apoláros hidrofób molekulákat, O2-t, CO2-t kicsi, töltéssel nem rendelkező poláros molekulákat (víz, alkohol (etanol), glicerin) Nehezen vagy nem enged át: ionokat és nagyobb poláros molekulákat (aminosavak, glukóz, nukleozidok, stb.) Az átjutás mértéke függ az anyag méretétől, töltésétől, polaritásától  Az anyagok átjutása a sejtmembránon: mechanizmus  Egyszerű diffúzió: egyes kicsi, töltéssel nem rendelkező molekulák a koncentrációgradiensnek megfelelően  Transzport: (integráns) membránfehérje segítségével: a legtöbb oldott anyag A transzportot végző membránfehérjéknek 2 csoportja van: Transzporterek Csatornák  reverzibilisen kötik a molekulát  nem alakít ki kötést a molekulával  egy sor konformációváltozáson megy át,  hidrofil pórust képez a membránban hogy a kis hidrofil molekulákat átjuttassa  nyitott és zárt konformációval rendelkezik a membránon  a két konformáció közötti átmenetet (nyitást- csukást) külső v. belső ingerek szabályozzák  Transzportfolyamatok osztályozása energiaigény szerint  passzív transzport  energiát nem igényel  a koncentrációgradiensnek megfelelően zajlik (a konc. különbség kiegyenlítődik)  közvetítő: minden csatorna és sok transzporter (carrier)  aktív transzport  energiát igényel  a koncentrációgradiens ellenében zajlik (koncentráció különbséget hoz létre)  közvetítő: egyes transzporterek (pumpák) Az anyagok átjutása a sejtmembránon összefoglalás  Egyszerű diffúzió (lipidfázison át zajló diffúzió)  egyes kismolekulájú töltéssel nem rendelkező részecskék oldódnak a membrán lipidfázisában, s így jutnak be a citoplazmába v. ki a sejtek közötti térbe  a részecskék egyenletes eloszlására törekszik  az áramlás mindig a nagyobb koncentrációjú helyről a kisebb koncentrációjú hely felé történik  nem igényli fehérje molekulák közreműködését  Pl. O2, CO2, szteroid hormonok, alkohol stb. Ozmózis (vízmolekula diffúziója a sejtmembránon keresztül)  ha egy oldott anyag koncentrációja (ozmotikus nyomás) a sejten belül magasabb mint a sejten kívül, akkor a víz ozmózis útján a sejtbe hatol, a sejt duzzad  ha egy sejt magas sókoncentrációjú oldatba kerül, akkor víz lép ki belőle, a sejt zsugorodik ált. az extra- és intracelluláris oldat azonos ozmotikus nyomású: izotóniás oldat pl. vörösvértest fiziológiás sóoldatban (0,9 % NaCl) pl. vörösvértest hipotóniás sóoldatban (< 0,9 % NaCl) pl. vörösvértest hipertóniás sóoldatban (> 0,9 % NaCl) Gyakorlati vonatkozás: sportitalok (rehidratálás), agyi ödéma kezelése (pl. 20% -os mannitol) Csatornán át történő transzport (passzív transzport) (= facilitált diffúzió I)  a lipidtartalmú membránon át vizes csatornák, ún. pórusok húzódnak  a csatornákat integráns membránfehérjék alkotják, amelyek konformáció változása a csatornákat nyitja vagy csukja az átjutás szabályozott és szelektív  nyitott állapotban anyagáramlás a kémiai vagy elektrokémiai (kémiai+elektromos) gradiens irányába történik  energiát nem igényel, tehát passzív  így jutnak át ionok (Na+, K+, Ca2+, Cl- stb. csatornák), kisebb poláros molekulák, pl víz (vízcsatornák) Csatornák (csatorna-fehérjék) osztályozása  a nyitás/zárás szabályozása szerint  feszültségfüggő - a membrán 2 oldala közötti feszültségkülönbség szabályozza pl. idegsejtek, izomsejtek membránjában  ligandfüggő - a receptorhoz kötődő kémiai ligandum szabályozza; a ligandumok származhatnak a sejten kívülről v. ritkábban a sejtek belsejéből pl. hormonok  mechanoszenzitív vagy stresszfüggő – mechanikai hatásra (nyújtás, nyomás) nyílnak meg (pl. belső fül szőrsejtjein) Csatorna fehérjék - Példák Ioncsatornák  szervetlen ionok transzportját végzik: Na+, K+, Cl-, Ca2+  ionszelektívek (függ a csatorna alakjától és átmérőjétől, valamint az őket bélelő aminosavaktól: „szelektivitási szűrő”)  szabályozottak (rendsz. feszültségfüggő)  nyitott és zárt konformáció között váltanak Az ioncsatornák szerkezeti és funkcionális kutatásáért Nobel díj (Roderick MacKinnon, 2003)  Jelentőség: a membránpotenciál változásai, az elektromos szignál átvitele a hirtelen szívhalált és veleszületett szívritmuszavarokat különféle - elsősorban a K+ - csatorna gének mutációja okozza Vízcsatornák (aquaporinok)  specializált csatornák, amelyek lehetővé teszik a töltés nélküli vízmolekulák gyors és szelektív átáramlását a membránon (ionok nem jutnak át)  a víz átjutása 1000x gyorsabb mint diffúzióval pl egyetlen aquaporin-1 csatorna mp-ként egy alegység: 6 transzmembrán 3 milliárd víz molekulát képes átengedni szegmens egy csatorna: 4 egyforma alegység  a víz transzportja kétirányú (bidirekcionális), (homotetramer)  az irányt az ozmotikus viszonyok határozzák meg A vízcsatornák felfedezését  Jelentőség: 2003-ban Nobel díj pl. az agy vízháztartás egyensúlyának fenntartásában, (Peter Agre) a bőrön keresztül történő izzadtság kiválasztásában az aquaporin 2 hiánya a vese gyújtőcsatornáiban - „renalis diabetes insipidus” (csökkent vízreszorbció, polyuria) Nyomás-függő ioncsatornák teszik számunkra lehetővé a hallást  Corti szervecske (a hallás érzékszerve) - keresztmetszete (belső fül)  szőrsejtek (hair cells) – a hallás receptorsejtjei  a szőrsejtek apikális felszínén helyezkednek el a sztereociliumok, nagyság szerint  ezek megdöntése (endolimfa mozgása) nyomás-függő ioncsatornák megnyílását és a környező folyadékból a sejtbe irányuló pozitív ion (K+) beáramlást eredményez  ez aktiválja a sejtet és az alatta levő idegvégződéseket Transzporterek- mind passzív mind aktív transzportfolymatokat közvetíthetnek Osztályozás az anyagtranszport irányítottsága szerint 1. uniporterek egyetlen molekulát szállítanak, rendszerint facilitált diffúzióval (passzív) felgyorsítják a termodinamikailag megengedett transzport folyamatokat pl. glukóz transzporter 2. kotranszporterek két- vagy többféle molekula mozgatását végzik két típus: 2a. szimporterek-ugyanabba az irányba szállítják a molekulákat pl. glukóz- és aminosav felvétele Na+ influxhoz kapcsoltan (Na-glukóz szimporter, Na-aminosav szimporter); Na+-Cl- kotranszporter 2b. antiporterek- egy molekulaféleséget a sejtbe, a másikat a sejtből az extracelluláris térbe szállítják pl. Na+-Ca2+ antiporter az egyik molekulát rendszerint facilitált diffúzióval (passzív), míg a másikat ún. másodlagos aktív transzporttal szállítják Transzporterek és passzív transzport = facilitált diffúzió II (facilitált = segített)  a membránon átnyúló szállító (transzporter) fehérjék végzik: carrier-ek  reverzibilis konformációváltozás révén (nincs nyitott pórus-szerkezet)  ATP felhasználás nélkül, tehát passzív  átjutás a koncentráció- vagy elektrokémiai- gradiens irányába történik a transzporter két konformációs állapotban : A- a kötőhely a sejt külseje felé néz B- ugyanaz a kötőhely a sejt belseje felé néz  ilyen módon juthatnak át - metabolitok, tápanyagok, ionok, makromolekulák; így veszik fel a szöveti sejtek a glukózt ! facilitált- a szállított anyag így gyorsabban jut át, mint a molekula méretéből, lipidoldékonyságából, koncentráció gradienséből következne Példa: Glukóz- transzporter (GLUT)  passzív transzportot közvetítő transzporter (facilitált diffúzió)  emlősök májsejtjeinek plazmamembránjában és sok más egyéb sejttípusban  egy polipeptidlánc, amely legalább 12x áthalad a membránon  legalább két kb. konformáció felvételére képes, az egyikben a transzporter glukózkötőhelye a sejt külső, a másikban a sejt belső fele felé néz  a glukóz átfolyása mindkét irányban végbemehet, a konc-gradiensnek megfelelően pl. étkezés után befele, éhezés esetén (glikogén lebontás a sejtben)- kifele Transzporterek és aktív transzport  szállítás a koncentrációgradiens ellenében fontos a sejt belső ionösszetételének a fenntartásához és a sejten kívül alacsonyabb koncentrációban jelen levő oldott anyagok sejtbe való szállításához  energiát igényel: pumpa ATP-ázok  az energiafelhasználás módja szerint: (enzimek) a. elsődleges aktív transzport: közvetlen energiafelhasználás az ATP bontásából pl. Na+-K+ ATPáz (Na+K+-pumpa) , Ca2+-ATPáz (Ca2+ pumpa), ABC transzporterek b. másodlagos aktív transzport: közvetett energiafelhasználás a transzportot egy másik molekula által létrehozott iongradiens (elektrokémiai gradiens) tartja fen pl. Na+- glukóz kotranszporter; amonisav-Na+ -kotranszporter (szimporterek); Na+-Ca2+ exchanger = cserélő (antiporter); Példák: Elsődleges aktív transzport H-ionok aktív transzportja H+-ATP-áz, Proton pumpa  minden élő sejtben megtalálható Igen fontos:  vesecsatornák hámsejtjeiben,  gyomornyálkahártya egyes sejtjeiben,  mitokondrium, lizoszóma membránjában Elsődleges aktív transzport Na+ K+ -ATP-áz (Na-pumpa)  az ATP hidrolíziséből származó energiát használja arra, hogy a Na+ -t a sejtből ki, a K+ -t pedig a sejtbe be pumpálja, mindkettőt az elektrokémiai gradiens ellenében (bár a K+ elektrokémiai gradiense 0 körül van)  központi szerepet játszik a sejt energiaháztartásában,  a sejt össz-ATP mennyiségének 30%-át elhasználja  fenntartja a 10-30x kisebb Na+- és10-30x magasabb K+- konc.-t a citoszólban az extracelluláris térhez viszonyítva Az pumpát az e.c. térben a K+ ion, i.c. térben a Na+ ion aktiválja, működéséhez mindkét ion együttes hatása szükséges Na+ K+ -ATP-áz mükődése Ciklikusan működik: A pumpát egy foszfátcsoport átmeneti kötődése hajtja a pumpa 3 Na+-kötő és 2 K+-kötő hellyel rendelkezik egy ciklus eredménye: 3 Na+ sejten kívülre és 2 K+sejtbe való szállítása egy kör mintegy 10 msec-t tart Na+ K+ -ATP-áz jelentősége Fiziológiás  a sejtek plazmamembrán-potenciáljának (60-90 mV) fenntartása  ozmotikus nyomás csökkentése ( sejt térfogatának és alakjának fenntartása)  sejten belüli enzimműködések számára fontos magas K+ koncentráció biztosítása  energia másodlagos aktív transzporthoz Gyakorlati  Na+-K+ ATP-áz specifikus gátlói a szív-glikozidok - kiterjedten alkalmaznak a szívműködés fokozására. Quabain Glikozidok: ouabain (sztrofantin), az e.c. oldalon gátolják a (g-Strophantin) K+ kötödését, emelkedik az i.c. Na+ koncentráció a Na+- Ca2+ cseretranszport (exchanger) révén Ca2+ lép be a sejtekbe a szívizom-kontrakció fokozódik Elsődleges aktív transzport Ca2+- pumpa Ca2+  mozgása a membránon keresztül igen fontos, mivel a Ca2+ a sejt más molekuláihoz való kötődése révén, azok aktivitását befolyásolja,  a sejtbe való beáramlása a Ca2+ csatornákon keresztül rendszerint i.c. folyamatokat indít el, mint. pl. jelátvitelhez szükséges molekulák szekréciója és az izomsejtek kontrakciója.  kiáramlása a Ca2+ pumpán keresztül: Ca2+- pumpa biztosítja a sejten belüli alacsony Ca2+ koncentrációt  i.c. Ca2+ konc. igen alacsony 10-4 mM.  e.c. Ca2+ konc jóval magasabb: 1-2 mM.  a koncentrációkülönbségért a Ca2+-pumpa felelős (Ca2+ -t pumpál ki a citoszólból)  előfordul: a plazmamembránban és az ER-membránjában főleg izomsejtekben, idegsejtekben, csontsejtekben  !! az ellazuláshoz a Ca2+ -t a Ca2+ -pumpa szállítja vissza a SR-ba !! Elsődleges aktív transzport ABC transzporterek (ABC- ATP-binding casette ; ATP-kötő kazetta)  eltérő szerkezetű fehérjék, közös szerkezeti vonásuk, hogy felépítésükben hat transzmembrán domén vesz részt, melyek citoplazmatikus ATP- kötő doménekkel egészülnek ki  fontos szerepet játszanak ionok, aminosavak, fehérjék, szteroidok, epesavak, toxinok, foszfolipidek, antibiotikumok, tumorellenes szerek, citosztikumok stb., aktív transzporttal történő kipumpálásában (exporterek)  megközelítőleg 50 különböző ABC transzporter ismert az emberi sejtekben, melyek a szervezet különböző fiziológiás folyamataiban vesznek részt. ABC transzporter kristályos szerkezete Legfontosabb ABC transzporterek: P-glikoprotein (multidrog transzporter, MDR1)  egyik legrégebben ismert ABC transzporter fehérje,  májban, vesében, mellékvesében, bélhámsejtekben, hasnyálmirigy sejtjeibenben és a vér-agy gátban fejeződik ki  ATP függő pumpa, mely számos toxikus anyag eltávolítását végzi a szervezetből  túlzott sejtfelszíni expressziója multidrog rezisztenciát eredményez - pl. daganatsejtek rezisztenssé válnak a citosztatikumokra CFTR (Cystic fibrosis transmembrane conductance regulator; cisztás fibrózis transzmembrán konduktancia regulátor)  nem aktív transzporter hanem Cl-ion csatorna  hámsejteken fejeződik ki  a csatornát kódoló gén mutációja a cisztás fibrózis nevű betegséget okozza (nyák besűrűsödése a légutakban és emésztő készülékben; fertőzésveszély) Összefoglalás: A transzportfolyamatokban résztvevő membránfehérjék osztályozása 1. Transzport Anyagmozgás a sejtmembránon keresztül (II) 1a. Kis molekulák és ionok transzportja 1b. „Makromolekulák” transzportja:Endocitózis és Exocitózis Membránátrendeződéssel járó transzport Endocitózis és Exocitózis  olyan anyagok sejtbe való bejutása – endocitózis -, ill. sejtből való kijutása – exocitózis, - amelyek pl. méretüknél fogva a membrán síkján nem képesek áthatolni (makromolekulák, baktériumok stb.).  a szállított anyagok membránnal körülvett hólyagocskákba csomagolva jutnak át a sejthatáron  a folyamatok során a membránok átrendeződnek, ezért energiaigényesek (ATP) (aktív transzport)  csak állati sejtekre jellemzőek  két folyamat azonos módon valósul meg, de ellentétes anyagmozgást jelent Endocitózis  a külvilág felől a sejt belsejébe vezető, membránbefűződéssel és – leválással járó, vezikulák által közvetített anyagfelvételi utak összessége  az anyag vezikuláris transzporttal eljut a lizoszómáig, ahol lebontásra kerül, és komponensei a citoszolba jutnak hasznosítás céljából Az endocitózis típusai  pinocitózis (sejtívás) - a környező testfolyadék és abban oldott anyagok felvétele - konstitutív folyamat (folyamatos folyadékfelvétel) mikropinocitózis - kis, nagyjából egyforma méretű (~100nm-es) vezikulák főleg klatrin-burok kialakulásával makropinocitózis - nagyobb, akár 0,5-5μm átmérőjű vezikulák  fagocitózis (sejtfalás) - nagyméretű (>0,2 µm) részecskék bekebelezése pinocitózis - aszerint is, hogy milyen típusú burok játszik közre a vezikula képződésében klatrin-burkos vezikulák lefűződésével járó kaveolákkal járó , ill. más, klatrin-kaveola független pinocitózis a mindennapi nyelvjárásban: endocitózis = pinocitózis Klatrin burkos vezikulákkal járó endocitózis első szakasza Klatrin burkos vezikulákkal járó endocitózis első szakasza (TEM) Endocitózis : kiváltó tényező alapján:  Receptor független endocitózis  Receptor mediált (közvetített) endocitózis  a receptor és liganduma közötti kapcsolat létrejötte indítja be a felvételt  a sejt specifikusan és nagy hatékonysággal tud felvenni anyagot az extracelluláris térből  kisméretű vezikulák lefűződésével jár, amelyet legtöbbször klatrin burkol Pl. koleszterin (LDL-LDL-receptor), transzferrin (vas-kötő protein), LDL-receptor genetikai defektusa- sok hormon (pl. inzulin) és familiáris hiperkoleszterolémia (autoszom. dom.)- korai érelmeszesedés ! bizonyos glikoproteinek felvétele Klatrin-független endocitózis Transzport kaveolák segítségével  klatrin-burok nélküli mikrodomének, pl. az ún. kaveolák speciális esetekben dinamin közreműködésével leválhatnak a citoszolba, és a korai endoszómával egyesülhetnek Kaveolák:  minden sejt plazmamembránjában  fő fehérjéi a kaveolinok, jelen vannak különös integrális membránfehérjék, amelyek igen EM: (palack alakú) befűződések a nagy mennyiségben képesek koleszterint kötni sejtmembránban  a kaveolák membránjában gyakran lipidraftok alakulnak ki Klatrin-független endocitózis Kaveolák: Endotélsejt Szerep:  jelátvitel  transzport kaveolák segítségével –  endocitózis (ritka)  az apikális és a bazális felszín kaveolái egybenyílnak, csatornát képezve pl. a kapillárisok endothélsejtjeiben (ahol nagyon nagy arányban vannak jelen, tehát a kapilláris permeabilitásának biztosítása Klatrin- és kaveola-független endocitózis  nem vezikulák, hanem megnyúlt tubuláris képletek fűződnek le, és nem mindig dinamin segítségével.  lipidraftok, a GPI- (glikozil-foszfatidil-inozitol-) horgonnyal rendelkező fehérjék többsége így internalizálódik Transzcitózis  elsősorban polarizált sejtekre jellemző  bazolaterális membránba szekretált fehérjéket a sejt endocitózissal felveszi és az apikális membránba továbbítja vagy fordítiva , pl. emlősökben az anya IgG ellenanyagai a placentán transzcitózissal jutnak át a magzat keringésébe az anyatejből származó anyai antitestek (IgG) az újszülött bélhámsejtein keresztül (apikális-bazalis irány) jutnak a vérkeringésbe Fagocitózis  részecskék, nem oldott anyag felvétele  elsősorban specializált sejtek (makrofágok, neutrofil granulociták) funkciója  csak speciális ingerek hatására beinduló folyamat pl. antitestek a baktériumok felszínén, módosult oligoszacharidcsoportokat hordozó glikoproteinek öregedő sejteken  a bekebelezett anyag a nagyméretű, fagoszómába kerül, amely lizoszómákkal olvad össze, és tartalmát a lizoszomális enzimek megemésztik  a sejt saját anyagainak felvétele és megemésztése  Fagocitózis Szerepe:  egysejtűekben ez a táplálékszerzés egyik módja  soksejtűekben elsősorban az elpusztult, elöregedett sejtek „eltakarítása” és a védekezés  bizonyos baktériumok, (Salmonella és Shigella fajok) ún. triggerelt fagocitózissal jutnak be a gazdasejtekbe a baktériumokból olyan anyagok távoznak, melyek intenzív álláb képződésre serkentik a gazdasejteket, az állábak körbefogják a baktériumot (a folyamat a makropinocitózisra emlékeztet) Exocitózis nagy molekulák kiürítése: Biológiai jelentősége: mirigysejtek váladék ürítésében (emésztőenzimek, hormonok), idegsejtek ingerületátvivő anyagának (neurotranszmitterek)ürítésében egysejtűekben salakanyag leadásában inzulin felszabadulása intracelluláris vezikulák révén a pankreász beta-sejtjeiből