Sejtbiologia 02 Sejthartya Pumpak 2024-19 PDF

Sejtbiológia A sejthártya és az aktív transzport Dr. Farkas Eszter Tanszékvezető egyetemi tanár A sejthártya: szerkezet A sejthártya: membrán modellek Gorter, Grendel, 1920: - Foszfolipid kettős réteg: poláros és apoláros réteg Evert Gorter, Francoi...

Sejtbiológia A sejthártya és az aktív transzport Dr. Farkas Eszter Tanszékvezető egyetemi tanár A sejthártya: szerkezet A sejthártya: membrán modellek Gorter, Grendel, 1920: - Foszfolipid kettős réteg: poláros és apoláros réteg Evert Gorter, Francois Grendel (holland élettanászok): Kiszámolták a vvt felszínét Mehatározták a lipidréteg felszínét is  a vvt felszíne fele a lipidrétegének  kettős lipid membrán A sejthártya: membrán modellek Gorter, Grendel, 1920: Dawson, Danielli, 1935: szendvics - Foszfolipid kettős réteg: modell poláros és apoláros réteg - Foszfolipid kettős réteg: poláros és apoláros réteg - Hidratált, globuláris fehérjék Gorter, Grendel modell: Nem ad választ a membrán átjárhatósági tulajdonságaira, rezisztenciájára  A Dawson-Danielli modell fontos felismerése: fehérjék! A sejthártya: membrán modellek Gorter, Grendel, 1920: Danielli, Dawson, 1935: szendvics Robertson, 1961: „unit” modell - Foszfolipid kettős réteg: modell - Foszfolipid kettős réteg: poláros poláros és apoláros réteg - Foszfolipid kettős réteg: és apoláros réteg poláros és apoláros réteg - Külső- és belső fehérje réteg: - Hidratált, globuláris fehérjék külső: szénhidrát réteg - Minden membrán egységes felépítésű A sejthártya: membrán modellek Singer, Nicholson, 1972: folyékony mozaikmembrán - Foszfolipid kettős réteg: poláros és apoláros réteg - A fehérjék a membránba integráltak, „úsznak” A sejthártya: elektron mikroszkópia Transzmissziós elektron mikroszkópia (TEM), két szomszédos sejt plazma membránja: Fagyasztva töréses technika: A sejthártya: kettős lipid réteg Kettős lipid réteg – amfipatikus (kettős oldhatósági tulajdonságú): - Poláros, hidrofil „fej” - Apoláros hidrofób „farok” Vizes közegben (~µs): - Spontán kettős réteg - Micella - Liposzóma A sejthártya: kettős lipid réteg foszfogliceridek glikoszfingolipidek glikozil-foszfatidil-inositol (GPI) foszfogliceridek foszfatidil- foszfatidil-kolin foszfatidil- foszfatidil- etanolamin (lecitin) szerin inozitol (kefalin) A sejthártya: a membrán fluiditása Zsírsavak Telítetlen Telített Egyszeresen telítetlen Többszörösen telítetlen Omega-9 Omega-6 Omega-3 Mirisztinsav (C14:0) Palmitinsav (C16:0) Sztearinsav (C18:0) Olajsav (C18:1) Linolsav (C18:2) Alfa-linolénsav (C18:3) Arachidonsav (C20:4) Eikozapentaénsav (C20:5) Dokozahexaénsav (C22:6) Sztearinsav Olajsav Linolsav  A sejthártya: a membrán fluiditása - zsírsavak Glicerin →  Sztearinsav Foszforsav → Foszfolipid  Olajsav Kolin → → Foszfoglicerid → Foszfatidil-kolin Telített zsírsavak: Telítetlen zsírsavak: Viszkózus membrán Folyékony membrán A sejthártya: a membrán fluiditása Szol-gél (folyékony-szilárd) átmenet: hőmérsékletfüggő A membránok dermedési hőmérséklete függ az őket felépítő lipidek típusától: - 18:0 hosszabb telített zsírsavak → élettani körülmények között szilárd - Telítetlen zsírsavak aránya magas → alacsonyabb viszkozitás, folyékonyabb membrán Folyékony membrán → a biokémiai folyamatok hatékonyak Adaptáció szélsőséges hőmérsékleti körülményekhez: a membrán lipid-összetételének változása A sejthártya: a membrán fluiditása Foszfogliceridek mozgása: Rotáció (ns) Laterális: 1 µm/s Flip-flop vagy transzverzális (spontán ritka) A sejthártya: a membrán fluiditása - koleszterin Koleszterin: Foszfolipid Magas hőmérséklet: akadályozza a Szol membrán foszfolipidek mozgását → rigiditás koleszterin nélkül Alacsony hőmérséklet: Membrán megakadályozza a szénhidrogén fluiditás Foszfolipid membrán láncok tömörödését → fluiditás koleszterin tartalommal Gél Hőmérséklet A sejthártya: a membrán lipidöszetétele Azonos lipidek, de eltérő arányok: - sejttípusok - sejten belüli membránok - membránfelszínek A sejthártya: a membrán lipidöszetétele Általánosságban: 50 % foszfolipid, 35% koleszterin, 10 % szfingolipid A teljes lipidtartalom %-ban: Oligo- Lipid Hepatocita Eritrocita dendorcita Koleszterin 17 23 22 Foszfatidil- Foszfogliceridek 7 18 15 etanolamin Foszfolipidek Foszfatidil- 4 7 9 szerin Foszfatidil- 24 17 10 kolin Szfingomielin 19 18 8 Glikolipidek 7 3 28 Egyéb 22 13 8 A sejthártya: a membrán lipid-öszetétele Aszimmetria állati sejtekben: a foszfogliceridek - Exofaciális: Teljes membán lipid (%) citofaciális exofaciális szfingolipidek, foszfatidil-kolin citofaciális - Citofaciális: foszfatidil- etanolamin, foszfatidil-szerin exofaciális Az aszimmetria fenntartása: ATP igényű lipid transzlokázok A sejthártya: fehérjék Fehérje Lipid Szénhidrát Membrán Száraz súly % Hepatocita 44 52 4 ~50% Eritrocita 49 43 8 Oligondenrocita 18 79 3 Membrán proteinek A fehérje helyzete a membránban Integráns vagy transzmembrán Perifériás Eritrocita: a sejtháryta összetétele könnyen vizsgálható (nincsenek sejten belüli membrán rendszerek) A sejthártya: a fehérjék funkciója Intercellulárs Enzimek Transzport Sejt- Citoszkeleton Receptorok, kapcsolatok folyamatok felismerés kihorgonyzása szignál transzdukció  A sejthártya: integráns fehérjék Egy -hélix Több -hélix (6-12) Több β-réteg Glikoforin Bakteriorodopszin Porin A membrán és a fehérje közti kapcsolat: Oldalnézet - Hidrofób fehérje oldalláncok és zsírsavak között: van der Waals kötés - Töltés alapján, a foszfogliceridek poláros negatív töltésű Felülnézet „fejéhez” Csak a kettősréteg teljes megbontásával szabadíthatók ki Dimer Trimer Trimer (detergensek) A sejthártya: perifériás fehérjék Kovalens kötéssel: a külső foszfolipid réteghez, közvetve, oligoszacharid-láncon (GPI) Külső és belső membránfelszínen nem kovalens kihorgonyzódás: integráns fehérjékkel, fehérje- fehérje interakció Hidrofób -hélix szakaszok süllyednek a membránba Kovalens kötéssel: a belső foszfolipid réteghez közvetlenül A sejthártya: a glikokálix Az exofaciális felszínen Szénhidrátokban gazdag (glikolipidek, glikoproteinek oligoszacharid oldalláncai; proteoglikánok – fehérjék poliszacharid oldalláncai) Szerepe: Negatív töltései révén kationok (K+, Mg2+) megkötése Marker és antigén sajátosságok Mechanikai és kiszáradás elleni védelem A sejthártya: mikrodomének Lipid tutajok („raft”-ok, 30-többszáz μm): A sejthártya: mikrodomének Transzmembrán fehérjék Lipid tutajok („raft”-ok, 30-többszáz μm): - Koleszterin és szfingolipid aggregátumok a külső rétegben - A foszfogliceridekben hosszabb szénláncú, jellemzően telített zsírsavak - Speciális fehérjék  Megvastagodott, rigidebb mikrodomének  Mozaikosság  Hatékonyabb fehérje-szubsztrát interakciók (szignalizáció)  A sejthártya: makrodomének Vesecsatorna A sejthártya fehérje alkotóinak eloszlása a sejtfelszínen nem Üreg Vér egyenletes, polarizáció: - Hámsejtek (pl. emésztőrendszer, vesetubulusok) - Idegsejtek Vér Bélhámsejtek Bélhüreg Magas Na+ Alacsony Na+ Glükóz Alacsony K+ Magas K+ Magas Na+ Szinapszis Na+/glükóz szimporter fehérje Bazolaterális Apikális membrán membrán A sejthártya: féligáteresztő hártya, transzport Szemipermeábilis membrán, diffúziós gát: - A foszfolipidmembránok áteresztik a kis Kis, hidrofób molekulatömegű (kb. 100-150 Da-ig) hidrofób molekulák vagy poláros molekulákat (pl. O2, N2, NO, CO, Kis, töltés CO2, víz, etanol) → passzív diffúzió nélküli, poláris - Átjárhatatlanok nagyobb molekulák és minden molekulák elektromosan töltött anyag (ionok) számára. Nagyobb, töltés nélküli, poláris  Membránfehérjék: molekulák - Pumpák, transzporterek, csatornák: ionok cukrok, aminosavak… Ionok A sejthártya: transzport folyamatok - Ionáramok Ozmotikus térfogatszabályozás pH szabályozás - Tápanyagok felvétele - Szignál transzdukció - ATP szintézis A sejthártya: transzport folyamatok Pumpa Transzporter Csatorna Na+-glükóz Szivárgó Na+ Példa Na+/K+ pumpa transzporter csatorna Szelektivitás Teljes Közepes Gyenge (10-20 x) Sebesség (ion/s) Lassú (100) Közepes (