Biomembrány a Transport (PDF)

BIOMEMBRÁNY Funkcia biomembrán 1. ohraničujú bunku a jej organely (kompartmenty) 2. zúčastňujú sa na transporte molekúl 3. podieľajú sa na metabolických premenách 4. podieľajú sa na transformácii energie 5. podieľajú sa na informačných procesoch  majú pre život bunky zásadný význam...

BIOMEMBRÁNY Funkcia biomembrán 1. ohraničujú bunku a jej organely (kompartmenty) 2. zúčastňujú sa na transporte molekúl 3. podieľajú sa na metabolických premenách 4. podieľajú sa na transformácii energie 5. podieľajú sa na informačných procesoch  majú pre život bunky zásadný význam membránový charakter nemajú: bunková stena, púzdra, inklúzie, ribozómy, cytoskelet Zloženie biomembrán sú zložené z LIPIDOV a BIELKOVÍN LIPIDY - 100 rôznych druhov fosfolipidy hydrofilné hlavy hydrofóbne chvostíky Štruktúra lipidov fluidomozaikový model tvoria kvapalnú kryštalickú dvojvrstvu fosfolipidov membrána drží pohromade hydrofóbnymi interakciami Dynamický systém – laterálna (bočná) difúzia, rotácia, „flip-flop“ pohyb stupeň kvapalnosti membrán určujú mastné kyseliny Modulátory fluidity bunkových membrán 1. zastúpenie nenasýtených mastných kyselín (zmeny pri hydrogenácii cis-nenasytenýchh zvyškov mastných kyselín, pri oxidácii nenasytených lipidov a pod.) 2. pomer cholesterol/celkové lipidy 3. pôsobenie niektorých biologicky aktívnych látok (inzulínu, lokálnych anestetík, etanolu atd.) 4. fyzikálne a chemické vplyvy (teplota, tlak, pH, membránový potenciál, koncentrácia Ca2+) Funkcia lipidov štrukturálna kostra membrán miesto, kde sú zakotvené proteíny PROTEÍNY Druhy proteínov A) integrálne – vnútorné proteíny ( IP ) B) periférne – vonkajšie proteíny ( PP ) dvojakého typu : 1. PPP typ = periférne proteíny periplazmového typu (hydrolytické enzýmy, väzbové proteíny) 2. PPS typ = periférny proteín spektrínového typu Funkcia proteínov prispievajú k štrukturálnej celistvosti membrány pôsobia ako enzýmy pôsobia ako pumpy prenášajúce látky na proteíny a lipidy sa môžu viazaťsacharidy, potom vytvárajú glykoproteíny a glykolipidy v živej bunke sú membrány v dynamickom stave, najmä fosfolipidy sa pohybujú v bočnom smere  r. 1972 (do roku 1998) Singer a Nicolson ŠTRUKTÚRA FLUIDO-MOZAIKOVÝ MODEL BIOMEMBRÁN (membrána – polotekutá štruktúra s rôznymi proteínmi zakotvenými či pripojenými na dvojvrstvu lipidov) - SFINGOLIPIDY sa organizujú do samostatných oblastí (obohatené sú cholesterolom) = polorigídne membrán. mikrodomény = LIPIDOVÉ RAFTY, ktoré plávajú v tekutejšom mori GLYCEROFOSFOLIPIDOV - rafty sa zhlukujú a vytvárajú RAFTOVÉ ZHLUK - každý raft obsahuje osobitný súbor proteínov proteíny pôsobia ako receptory, rôzne senzorové molekuly alebo prenášače signálu  r. 1998 ŠTRUKTÚRA BIOMEMBRÁN Cylindrický tvar Pyramidálny tvar Polárna hlava Nepolárny chvost glycerolfosfolipidy cholesterol sfingolipidy Tekutá fáza Tekutá fáza Polotuhá fáza - RAFTY Tvorba membrán 1. syntéza membránových zložiek – proteínov a lipidov 2. vlastné formovanie membrán z týchto zložiek LI PI DY syntéza : EB - v hladkom ER baktérie na CM (na strane obrátenej k cytoplazme ) transport : EB – tzv. výmenné proteíny PROTEÍNY syntéza: EB - na drsnom ER PB - na ribozómoch viazaných na CM transport: a) kotranslačným transportom b) prenosom proteínu do membrány bunk. organel transport je spojený s posttranslačnou modifikáciou (chemickou premenou proteínu ) rýchlosť tvorby komponentov membrán je rôzna: minúty-hodiny (niekoľko minút-fosfatidylglycerol v nerastúcich baktériách 40 dní-sfingomyelín v mozgu krysy)  mitochondrie lyzozómy Endoplazmové retikulum chloroplasty TRANSPORT LÁTOK 1) podľa stupňa zložitosti a) špecifické transportné mechanizmy b) nešpecifické transportné mechanizmy 2) podľa potreby metabolickej energie a) pasívny transport (nevyžaduje energiu) b) aktívny transport (vyžaduje energiu) Typy transportu I. PROSTÁ DIFÚZIA II. OSMÓZA III. PRENÁŠAČOVÝ TRANSPORT IV.TRANSPORT MAKROMOLEKÚL ENDOCYTÓZOU V. TRANSPORTNÉ SYSTÉMY PROKARYONTOV I. PROSTÁ DIFÚZIA vzniká na základe koncentračného spádu transportujú sa : - malé a málo polárne molekuly - močovina , glycerol , CO2 - hydrofóbne molekuly – O2, N2 , benzén - H2O smerom k prostrediu s vyššou koncentr. - látky rozpustné v tukoch voľne prechádzajú lipidickou dvojvrstvou ( steroidné hormóny ) II. OSMÓZA javy súvisiace s tokom H2O (difúzia vody) Prostredie : izotonické ( izoosmotické ) hypertonické ( hyperosmotické ) hypotonické ( hypoosmotické ) Akvaporíny – špecifické proteínové kanály Osmotické javy : ŽIVOČÍŠNA BUNKA – plazmoptýza, plazmorýza RASTLINNÁ BUNKA – plazmolýza, deplazmolýza  Lýza (rozpad) červených krviniek (hemolýza)... plazmoptýza Plazmorýza (zmrštenie) červených krviniek Plazmolýza (RB) Hypertonické prostredie Hypotonické prostredie III. PRENÁŠAČOVÝ TRANSPORT prenášaná látka pri prenose reaguje so špecifickou bielkovinou membrány – prenášačom (nešpecifický, špecifický) transportujú sa : glukóza aminokyseliny ióny  Uľahčená difúzia „ping-pong“ mechanizmom (3 fázy – rozpoznanie a zachytenie, zmena konformácie a prenesenie (ATP?), uvoľnenie a obnova konformácie)  prebieha: A) Uľahčenou (riadenou-sprostredkovanou) difúziou - prebieha v smere koncentračného spádu - nevyžaduje energiu (hexózy u živočíchov) B) Aktívnym transportom - riadený prenos látok proti koncentračného spádu - ide o enzýmové reakcie katalyzované transportnými adenozíntrifosfatázami (ATP – ázami). - zabezpečuje: príjem živín z okolia s menšou koncentráciou substrátu rovnováhu koncentrácií iónov na oboch stranách membrány (dôležité pre udržanie osmotického tlaku a reakcií) Druhy aktívneho transportu a) primárny aktívny transport potrebuje ATP 4 prenášače Na+ K+- ATPáza (3 Na von, 2 K dnu) Ca2+- ATPáza H+ K+- ATPáza H+-ATPáza (protónová pumpa, H von) aktívny transport sekundárny primárny fotosyntéza ak.transport ak. transport b) sekundárny aktívny transport - vyžaduje metabolickú energiu - je spojený s prestupom inej látky, iónu po konc.spáde  symport -látka prechádza po koncentr. spáde, uvoľňuje energiu pre transport látky druhej transportovanej v rovnakom smere  antiport – druhá látka sa transportuje v opačnom smere IV. TRANSPORT MAKROMOLEKÚL ENDOCYTÓZOU 1) jednoduchá endocytóza a) fagocytóza=prijatie tuhého materiálu vychlipením CM b) pinocytóza = prijatie kvapalného materiálu fagocytóza pinocytóza 2. receptorom sprostredkovaná endocytóza pomocou “ obalených mechúrikov “ vznikajúcich invagináciou – vychlipením CM v oblasti bunkového povrchového receptora V. TRANSPORTNÉ SYSTÉMY PROKARYONTOV majú rovnaké základné mechanizmy ako EB naviac majú fosfotransferázový systém = skupinová translokácia = špeciálny aktívny transport