Transport aktywny

Transport przez błony
Transport bierny
Transport aktywny
Nie wymaga nakładu energii
Wymaga nakładu energii
Dyfuzja prosta
Dyfuzja ułatwiona
Przenośniki
Kanały jonowe
Transport przez pory w błonie
jądrowej
Transport przez błonę
komórkową
Transport z wykorzystaniem
pęcherzyków plazmatycznych
Sztuczna błona lipidowa
(zbudowana z lipidów lub fosfolipidów i cholesterolu)
jest przepuszczalna dla wody, gazów takich jak O2, N2, CO2
oraz małych cząsteczek hydrofobowych
rozpuszczalnych w wodzie (np. etanol)
Jednocześnie jest nieprzepuszczalna
dla większości substancji rozpuszczalnych
w wodzie
- glukoza
- glukozofosforany
- nukleotydy
- aminokwasy i białka
- jony np. H+, Na+, K+, Ca2+
Przenikanie cząsteczek innego typu jest
związane z obecnością w błonie
transporterów (kanały, pory)
Błona plazmatyczna każdego typu
komórek zawiera indywidualny zestaw
przenośników
Podobne białka transportujące zawierają
błony organelli
np. wakuole odpowiedzialne za
gromadzenie toksyn
I. Transport bierny
a. Dyfuzja prosta
Szybkość przenikania jest uzależniona od różnicy stężeń,
a ograniczona jest szybkością przemieszczania się substancji z
roztworu wodnego do hydrofobowej dwuwarstwy lipidowej
i jest ona proporcjonalna do hydrofobowości danego związku
Reguła Overtona: im bardziej hydrofobowy związek, tym
łatwiej przechodzi przez błonę komórkową
Pomiar hydrofobowości na podstawie współczynnika podziału
Oktanol
Woda
=
(stężenie substancji w oktanolu)
(stężenie substancji w wodzie)
współczynnik podziału określa względne powinowactwo do
lipidów względem wody
Szybkość dyfuzji określa I prawo Ficka
Dla błony:
dNi/(dt•dA)
dc
J -D
dx
DB
( c)/d
stała dyfuzji w błonie
c - różnica stężeń substancji po obu stronach błony,
d - grubość błony
Współczynnik D określany jest wzorem Einsteina
RT
D=
NA f
dla cząsteczek kulistych
liczba Avogadro
6πηr
lepkość ośrodka
promień
Jeżeli roztwór po obu strona błony można uznać za
doskonale wymieszany
to dyfuzja substancji sprowadza się do dyfuzyjnego przejścia
przez błonę,
a o szybkości decyduje:
1. Przejście z fazy wodnej do hydrofobowego przedziału
błony
2. Dyfuzja substancji poprzez hydrofobowa fazę błony
3. Przejście substancji z fazy hydrofobowej do fazy wodnej
I. Transport bierny
b. Dyfuzja ułatwiona
Transport polegający na przenoszeniu substancji przez błonę
przy udziale zlokalizowanych w błonie przenośników
Dyfuzja ułatwiona: zjawisko wysycenia strumienia
Dyfuzja ułatwiona: nie wymaga nakładu energii
Niższa energia aktywacji procesu w stosunku do dyfuzji biernej
Charakterystyczna jest także większa prędkość przenikania niż
wynikałoby to z reguły Overtona
oraz
znaczna specyficzność i możliwość hamowania transportu
Właściwości te wynikają z obecności centrum permeantowego w
cząsteczce przenośnika
Centrum permeantowe – miejsce wiążące substancję przenoszoną,
mogące mieć naprzemienny kontakt z obiema
powierzchniami błony
W analizie dyfuzji ułatwionej wykorzystuje się analogie do
reakcji enzymatycznych
S1 + C
substancja w przedziale
wewnątrzkomórkowym
SC
S2 + C
substancja w przedziale
zewnątrzkomórkowym
S1 + C
SC
S2 + C
Reakcję taką można opisać stosując model Michaelisa-Menten
założenia
1. S1, CS, C – znajdują się w równowadze
2. Szybkość procesu jest limitowana przez szybkość transportu
3. Różnica stężeń między substancjami w płynie
zewnątrzkomórkowej, a stężeniem przenośnika jest na
tyle duża na korzyść substancji, że stężenie substancji
praktycznie nie ulega zmianie w wyniku przyłączenia
części substancji do przenośnika
S1 + C
S2 + C
SC
Km
S
1
C
CS
CS
stężenie przy którym Vmax=50%
określa specyficzność przenośnika względem konkretnej substancji
Typy transportu nośnikowego
Uniport
Symport
Antyport
Prostymi modelami transporterów
i kanałów jonowych są antybiotyki
– gramicydyna A i walinomycyna
Transporter jonów potasu - walinomycyna
Gramicydyna
Transporter glukozy
Dyfuzja ułatwiona: kanały jonowe
Szybkość: do 107 jonów na sekundę
Nie wymagają nakładu energii
Bramkowane
- przez napięcie
- przez ligandy
- przez mechanicznie
Kanał receptora acetylocholiny jest istotny dla
funkcji synapsy
Receptor acetylocholiny umożliwia
przekazywanie sygnałów w synapsach
Inaktywacja kanału K+:
model „kuli na łańcuchu”
Specyficzne toksyny odegrały ważną rolę w badaniach
funkcji i izolowaniu kanałów jonowych
Transport aktywny
-pierwotny
- wtórny
Wymaga nakładu energii
Zachodzi wbrew gradientowi stężeń –
ze stężenia niższego do wyższego
Transport
aktywny jest
procesem
endoergicznym,
wymaga nakładu
energii
Erytrocyty większości ssaków są
bogate w K+, a ubogie w Na+
Pompa sodowo-potasowa została wykryta jako ATPaza
zależna od jonów Na+ i K+
W cyklu katalitycznym Na+,K+-ATPazy
(i innych ATPaz typu P występuje ufosforylowany
intermediat
3 Na+
2 K+
ATP ADP + Pi
Pompa Ca2+ utrzymuje niskie stężenie Ca2+ w
cytoplazmie (0,1 – 1 μM)
H+,K+-ATPaza umożliwia wytworzenie niskiego pH
(0,16 M HCl) w żołądku
W komórkach występuje szereg typów ATPaz
Transport aktywny wtórny: transport glukozy
kosztem transportu Na+
Transport aktywny wtórny: transport laktozy kosztem
transportu H+ u bakterii