29. Regulace metabolismu a membránový transport

 

 

Kompartmentace – membrána jako dělicí element - struktura buněk, významný regulační princip

 

Komunikace – přenos materiálu a signálů (viz regulace)

 

 

Klasifikační hlediska

 

Způsoby transportu

 

Transport látek přes membránu – volný x zprostředkovaný

 

Volný – difuse přes membránovou strukturu – malé nepolární molekuly (plyny)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Zprostředkovaný – usnadněná difuse nebo aktivní transport

- speciální transportní systém - membránová bílkovina (komplex)

Typy:

–        mobilní přenašeč  - změna konformace otevírá vazná místa střídavě na jednu a druhou stranu

–        kanál (iontový) – oboustranně buď uzavřen nebo otevřen – řízeno chemicky (vazba ligandů) nebo potenciálově

 

 

 

 

Příklady transportu látek přes membránu jeho podle způsobu

 

 

 

 

SCHEMA PROSTÉ A USNADNĚNÉ DIFUSE – kanálek a mobilní přenašeč

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Mobilní přenašeče

 

 

 

 

SCHEMA MOBILNÍHO PŘENAŠEČE v pasivním transportu

 

 

 

 

USNADNĚNÁ DIFUSE GLUKOSY zprostředkovaná mobilním přenašečem

 

Iontové kanálky

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Potenciálem řízené iontové kanálky - otevírání a uzavírání

 

 

 

 

 

 

 

Chemicky řízené iontové kanálky - otevírání a uzavírání je dáno vazbou ligandu

                       

 

 

 

 

Kinetika transportu – obdoba kinetiky enzymů u zprostředkovaného transportu

 

 

Mechanismus působení přenašečů (usnadňovačů, facilitátorů)

 

 

- analogie s aktivační energií u chemických reakcí a jejím snížením působením enzymů

 

 

 

Umělé kanálky a mobilní přenašeče (ionofory), modely transpotních systémů

 

Přenos iontů je zprostředkován sloučeninami schopnými jejich vazby a transportu v membráně – typ mobilního přenašeče

 

2,4-dinitrofenol – přenos H+, působí jako rozpojovač (viz oxidační fosforylace)

                                               

 

Depsipeptid (smíšený ester-amid) valinomycin – přenos K+

 

 

 

Struktury valinomycinu, Gramicidinu A (viz dále) a dalších ionoforů

 

                                                                                   

 

 

VALINOMYCIN       -   komplex s K+ a molekula bez něj

                               

 

VALINOMYCIN – K+ , vnitřní kavita molekuly valinomycinu odpovídá iontovému poloměru K+

Podobnými vlastnostmi se vyznačují i tzv. „crown-etery“, kde velikost dutiny lze měnit počtem stavebních jednotek, cyklodextriny aj.

 

Gramicidin – peptid – kanál přes membránu                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               

 

Struktury gramicidinu.

Netvoří α-helix (obsahuje D- i L-aminokyseliny) – sekvence je uvedena výše.

Helix o 6,3 AK zbytcích, připomíná β-skládaný list, označovaný jako β-helix

 

Podobné kanálky v membráně tvoří bílkovina mellitin obsažená ve včelím jedu.                                                                                                                                                                                                                                                                         

Energetika transportu

 

Pasivní transport - proti gradientu - energie vlastního potenciálu látky – difuse (Fick)

 

Aktivní transport - po gradientu - energie dodávána zvenčí

 

-         primární - spřaženou chemickou reakcí (ATPasa, oxidoredukce)

-         sekundární - spřaženým exergonickým transportem jiné látky

 

 

Chemický potenciál

 

m = RT.ln c + m0

 

Dm  = RT . ln (c2/c1) pro přenos 1 molu

 

Elektrický potenciál – ionty

 

                        DY = (RT/nF) . ln (c2/c1)          - pro daný ion

 

Elektrochemický potenciál

 

                        DG = RT . ln (c2/c1) + nF.DY - pro všechny ionty

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


AKTIVNÍ TRANSPORT - PRIMÁRNÍ A SEKUNDÁRNÍ

 

Na+,K+-ATPáza a přenašeč glukozy symportem s Na+

 

 

 

 

 

 

Příklad energetických poměrů na membráně při transportu Na+ a K+ poháněného ATP. Výpočte lze zjistit vztah mezi velikostí membránového potenciálu a potřebnou energií pro transport.

 

 

 

 

ZPŮSOBY transportu

 

 

UNIPORT – jen u pasivního nebo primárního

KOTRANSPORT –  současný transport - vždy u sekundárního, může být i u primárního

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Neelektrogenní a elektrogenní transport

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

FÚZE MEMBRÁN

 

Splynutí bimolekulárních fosfolipidových vrstev – překážka – odpor hydratace, náboje apod.

 

Fúzogenní faktory

            – Ca+, bílkoviny – kaskády reakcí – nakonec fúze

-         umělé – polyetylenglykol (odnímání vody)

-         model – fúze ok tuku na hladině