Cellbiologi, grundkurs 1 7,5 hp Membraner Transp Cell HT24 PDF

Version: HT-2024/Christina G Svärd Cellbiologi, grundkurs 1; 7,5 hp (campus & distans) Inst. för kemi och biomedicin Föreläsning: Cellulära membraner...

Version: HT-2024/Christina G Svärd Cellbiologi, grundkurs 1; 7,5 hp (campus & distans) Inst. för kemi och biomedicin Föreläsning: Cellulära membraner & Membrantransport Bilder om ej annat anges: Essential Cell Biology, Sixth Edition Copyright © 2023 W. W. Norton & Company 1 1 1: Cellmembranet – en allmän översikt 2 2 Ett cellmembran separerar två miljöer från varandra: Cellens cytosol ßà Organellernas inre ßà Extracellulära vätskan Cellens cytosol 3 3 1  Membran finns runt hela cellen (plasmamembranet) och runt de enskilda organellerna: 4 4 Grundstrukturen hos alla cellens membraner är den samma: 5 5 Huvudkomponenterna i ett cellmembran: _______________________________________ LIPIDER Bildar ett dubbellager = Membranets ”grundstomme” PROTEINER Är bundna till lipidlagret Ger membranet dess funktioner 6 6 2  Plasmamembranet har betydelse för många processer i cellen: 7 7 Ex: Plasmamembranets funktioner: ______________________________________________ Mekaniskt skydd Barriär mellan cellens cytosol och extracellulärvätskan; reglerar in/utflöden av molekyler och joner Sensor för externa signalsubstanser; binder signalmolekyler till receptorer i membranet Produktion av signalsubstanser; lipiderna kan bilda signalmolekyler Katalytisk aktivitet; har många enzym bundna till sig Förankrar cellen i vävnaden 8 8 2: Lipidlagrets struktur och egenskaper 9 9 3  Cellmembranets lipidlager: ________________________________________ v Huvudtyper av lipider: Fosfolipider - Vanligaste lipiden Kolesterol - Steroid Glykolipider - Innehåller socker - Bara på icke-cytosolära sidan v ALLA lipiderna är amfifatiska (amfifiler)! v Lipiderna bildar ett dubbelt lipidskikt, ” bilayer ” Bildas spontant i en vattenlösning Flytande struktur Asymmetrisk struktur 10 10 De tre huvudtyperna av lipider i ett membran: Fosfolipid Kolesterol Glykolipid 11 11 Olika sätt att illustrera en fosfolipid (ex: fosfatidylkolin): OBS! 12 12 4  Fosfolipider bildar spontant ett ” bilayer” i vatten: Polära delarna ”utåt” och opolära delarna mot membranets centrum 13 13 Cell Cortex: __________________________________________ Komplext nätverk av fibrösa proteiner, bl a aktin - Förankrat i plasmamembranets cytosolära sida - Ger plasmamembranet stöd och ökad styrka 14 14 Ett fosfolipid -”bilayer” bildar spontant en vesikel: 15 15 5  Liposomer är konstgjorda membranvesiklar som används för bl a membranstudier och läkemedelsdistribution: 16 16 3: Membranbundna proteiner 17 17 Membranbundna proteiner: _____________________________________ v Det är proteinerna som ger membranet dess specifika funktioner! Ex. på funktioner: - Receptorer för signalmolekyler - Transportörer för t.ex glukos och aminosyror - Kanaler för vatten och joner - Enzym - Förankring av cellen i vävnaden 18 18 6  Proteiner kan binda till membraner på flera olika sätt: ”Hydrofob” ”Amfifatisk” ”Lipidankare” ”Icke-kovalent alfa-helix alfa-helix interaktion 19 19 Membranbundna proteiner: _____________________________________ Många membranbundna proteiner har socker (oligosackarider) bundet till sig = Glykoproteiner - Sockren finns bara på den icke-cytosolära sidan - Proteoglykaner = Glykoproteiner som har minst en glukosaminoglykan (en typ av polysackarid) bundet till sig. 20 20 4: Membrankomponenternas rörelser 21 21 7  (Fosfo)lipidernas rörelser i ett membran: ______________________________________________ Lateral diffusion: Rörelser i horisontalplanet Rotation: Rotation runt längdaxeln Flexion: Fettsyrakedjornas ”fria” rörelser Flip-flop: Förflyttning mellan lipidlagren; sker sällan spontant! 22 22 Membraners fluiditet: ______________________________________________ vFluiditet = ” Mått” på lipidlagrets rörlighet/” flytbarhet” Påverkar kraftigt membranproteinernas funktioner! Bestäms av struktur och temperatur - Ökar fluiditeten: Kort kolvätekedja Det omvända Omättad kolvätekedja Minskar fluiditetetn Hög temperatur - Minskar fluiditeten: Högt kolesterolinnehåll Det omvända Ökar fluiditeten 23 23 Kolesterol minskar fluiditeten: 24 24 8  Membranbundna proteiners rörelser: __________________________________________ Påverkas av fluiditeten! - Rörligheten ökar med fluiditeten Endast lateral diffusion och rotation runt längdaxeln (ej flip-flop!) 25 25 5: Asymmetri och domänbildning i membraner 26 26 Strukturen varierar mellan membranets olika delar: ____________________________________________ Membranet är asymmetriskt - Innehållet av lipider och proteiner skiljer sig åt mellan de båda lipidskikten Domänbildning - Lipider och proteiner kan ansamlas i ” avgränsade” områden ( = domäner) Syfte: Vissa membranfunktioner ”koncentreras” till specifika domäner i membranet eller till enbart det inre eller yttre lipidlagret! 27 27 9  Både fosfolipider och glykolipider är asymmetriskt fördelade mellan de båda membranhalvorna i plasmamembranet: Fosfolipider: Olika typer i det inre och yttre lipidlagret Glykolipider: Finns endast i det yttre (extracellulära) lipidlagret 28 28 Scramblaser fördelar fosfolipiderna slumpmässigt mellan de båda membranhalvorna i ER: 29 29 Flippaser flyttar specifika fosfolipider till Golgi- membranets och plasmamembranets cytosolära membranhalva: 30 30 10  Glykolipider bildas i Golgi- apparatens inre membranhalva och hamnar därför i plasmamebranets yttre membranhalva: 31 31 Exempel på bildning av proteindomäner i cellers plasmamembran: 32 32 Ex: Förekomsten av proteindomäner hos tarmslemhinnans epitelceller gör att upptaget av molekyler från tarminnehållet kan styras i ”rätt” riktning: 33 33 11  6: Glykokalyx 34 34 Glykokalyx (”Cell coat” ): ______________________________________ Skikt av kolhydrater på eukaryota cellers ytor - Glykolipider - Glykoproteiner, ex: proteoglykaner Funktion: - Mekaniskt skydd och används vid olika typer av igenkänningsprocesser mellan celler 35 35 Eukaryota celler har ett skikt av kolhydrater på sin yta (Glykokalyx; ”Cell coat”): 36 36 12  Ex: Utvandringen av vita blodkroppar (neutrofila granulocyter) ur blodkärlen i samband med en inflammationsreaktion bygger på att vissa kolhydrater på blodkropparnas yta känns igen av celler (endotelceller) i blodkärlsväggen: 37 37 7: Allmänna principer för transport över cellmembraner 38 38 Transport över ett cellmembran: _________________________________ Fri diffusion ("enkel diffusion"): - Opolära > Oladdade, polära > Joner - Små > Stora Diffusion via kanal-proteiner: - Små, oorganiska joner - Vatten Via transportproteiner (”transportörer”): - Passiv (”faciliterad diffusion”) - Aktiv (är energiberoende) - Joner och polära substanser 39 39 13  Relativ permeabilitet för ett cellmembran: DIFFUSION: Sker alltid från ett ställe med HÖG koncentration à ställe med Låg koncentration Membraner begränsar diffusionen av joner och polära molekyler! 40 40 Två typer av membranproteiner reglerar transporten över ett cellmembran: Kanaler: Transportörer ("carriers"): Vatten eller joner diffunderar Sker en inbindning av ” fritt” genom kanalen molekylen/jonen till transportören Alltid Passiv transport; HÖG Passiv transport; HÖG à Låg à Låg koncentration koncentration Aktiv transport; Låg à HÖG koncentration 41 41 PASSIV och AKTIV transport: Både aktiv och passiv transport mha membranproteiner är specifik! Låg à HÖG konc. HÖG à Låg konc. Energi krävs! 42 42 14  Elektrokemiska gradienten: beror på både spännings- skillnaden (membranpotentialen) och koncentrations- skillnaden över membranet: 43 43 8: Diffusion via kanalproteiner 44 44 Aquaporiner: _________________________________ Kanaler specifika för vatten: - Snabb transport av H2O in/ut ur en cell 45 45 15  Osmos: _________________________________ Transport av H2O över ett semipermeabelt membran (= genomsläppligt för vatten men inte för allt som är upplöst i vattnet) Låg [H 2O] = Hög konc av upplösta molekyler/joner ("solutes") = Hög osmolaritet Vatten jämviktar sig över cellmembranet à Vanligtvis är [H 2O] i cellen ≈ [H 2O] i extracellulärvätskan Så fort [H 2O] ändras i cellen eller i extracellulärvätskan à H 2O diffunderar in/ut ur cellen för att återställa jämvikten 46 46 ESB; 3rd ed: Osmos: H 2O diffunderar mot en lägre [H 2O] Se även laborationshandledning! 47 47 Jonkanaler: _________________________________ Kanaler specifika för små oorganiska joner: - Ex: Na+-kanaler, Ca2+-kanaler, K+ -kanaler och Cl- -kanaler - Plasmamembranet och intracellulära membran 48 48 16  Reglering av jonkanaler: 49 49 9: Passiv transport via transportörer ("carriers") = "Faciliterad diffusion" 50 50 Modell för passiv transport via en transportör (”faciliterad diffusion”): Ex: En glukostransportör 51 51 17  10: Aktiv transport via transportörer ("carriers") 52 52 Aktiv transport: ___________________________________ PRIMÄR aktiv transport: - Drivs av ATP - Ex: Transport via Na/K-pumpen SEKUNDÄR aktiv transport: - Drivs av en skillnad i jonkoncentration (= ”jongradient”) - Ex: Na+-driven sekundär aktiv transport 53 53 Energitillförsel vid aktiv transport: Jongradient ATP 54 54 18  Na/K-pumpen: ____________________________ Transportör som finns i plasmamembranet hos alla celler PRIMÄR aktiv transport: - 3 Na+ ut ur cellen Alltid: - 2 K+ in i cellen Låg konc. à HÖG konc. Håller koncentrationen av Na+ lägre i cellen än utanför Håller koncentrationen av K+ högre i cellen än utanför 55 55 Na/K-pumpen: 56 56 Na/K-pumpens cykel: 3 3 ATP ADP 2 2 57 57 19  Tre typer av transport via transportörer: 58 58 Na +-driven SEKUNDÄR AKTIV transport: Transportens riktning: Na +: Alltid HÖG à Låg konc. (dvs alltid IN i cellen) Molekylen/Jonen som ska transporteras: Alltid Låg à HÖG konc. (IN i eller UT ur cellen) Ex: En glukostransportör 59 59 Ex: Na +-driven SEKUNDÄR AKTIV transport vid upptag av glukos från tarminnehållet: 60 60 20