Biochemie-5-Membrany 1
Membrány
a membránový transport
Biochemie-5-Membrany 2
Membrány
 Membrány hrají v buňce velmi důležitou roli. Na povrchu
buňky najdeme cytoplazmatickou membránu, která
odděluju buňku od vnějšího prostředí, a zároveň
umožňuje komunikaci a výměnu látek s tímto
prostředím. Membrány, podobné té na povrchu buňky, se
nacházejí i na povrchu většiny organel a oddělují tak jejich
obsah od cytoplazmy (hovoříme o tzv. kompartmentaci).
 Obecně se membrány skládají z:
 a) proteinů (mohou se nacházet na povrchu lipidové
dvojvrstvy nebo jí prostupovat)
 b) fosfolipidů (tvoří lipidovou dvojvrstvu)
 c) cholesterolu
 d) sacharidová složka
Biochemie-5-Membrany 3
Membrána biologická. [online]. [cit. 2014-08-16]. Dostupné z:
http://vydavatelstvi.vscht.cz/knihy/uid_es-002_v1/hesla/membrana_biologicka.html
Biochemie-5-Membrany 4
Proteiny mají roli:
 receptorů
 enzymů
 transportérů
 iontových kanálů
Z fosfolipidů jsou
nejčastěji zastoupeny:
 fosfatidylcholin (PC)
 fosfatidylserin (PS)
 fosfatidylethanolamin (PE)
V menším množství mohou být v membráně zastoupeny další fosfolipidy, např.
fosfatidylinositol (PI), kardiolipin (CL), sfingolipidy (sfingomyelin a glykolipidy) a
další.
Další důležitou složkou membrán je cholesterol.
Vzájemný poměr zastoupení lipidů a proteinů je různý v různých typech membrán,
např:
 v myelinové membráně je obsaženo 80 % lipidů
 ve vnitřní mitochondriální membráně jen kolem 25 %
Membrána Obsah % (w/w)
proteiny lipidy sacharidy
myelinová vrstva 18 79 3
jaterní buňka 46 54 3
červené krvinky 49 43 8
mitochondrie (vnější) 52 48 2.4
mitochondrie (vnitřní) 76 24 1.2
Biochemie-5-Membrany 5
Biochemie:Lipidy-Moje chemie. [online]. [cit. 2014-08-16]. Dostupné z:
http://www.mojechemie.cz/Biochemie:Lipidy
Biochemie-5-Membrany 6
Biochemie-5-Membrany 7
Fluidně-mozaikovým modelem
Struktura biomembrán je popisována fluidně-mozaikovým modelem. Tento model
představuje membránu jako dvojvrstvu fosfolipidů, v níž jsou zabudovány
membránové proteiny, přičemž:
 polární ,,hlavy" fosfolipidů jsou vystaveny na obou površích membrány
 nepolární zbytky mastných kyselin jsou orientovány do vnitřní části membrány
Human Biology Revision: The fluid-mosaic model of membrane structure.
[online]. [cit. 2014-08-16]. Dostupné z:
http://humanbiorevision.tumblr.com/post/1673269855/the-fluid-mosaic-
model-of-membrane-structure
Biochemie-5-Membrany 8
Fluidita membrány
Fluidita membrány závisí na složení membrány a teplotě. Rigidní struktura lipidové
dvojvrstvy je udržována především interakcemi mezi hydrofobními řetězci mastných
kyselin. Při nízké teplotě jsou lipidy v membráně ve struktuře podobné gelu, jejich mobilita
je omezena. Při zvýšení teploty dochází k přechodu řetězců z uspořádaného stavu, ve
kterém k sobě těsně přiléhají, do neuspořádaného, fluidního, stavu. Teplota, při které k
této změně dochází, se nazývá přechodová teplota Tm.
Síla interakce závisí na délce řetězce mastné kyseliny. Nenasycené mastné kyseliny s
cis-konfigurací zvyšují fluiditu membrány tím, že snižují kompaktnost interakcí.
Fluidita membrány je též modifikována cholesterolem:
při teplotách nižších než Tm, cholesterol interferuje s interakcemi hydrofobních řetězců
a zvyšuje tak fluiditu membrány
při teplotách vyšších než Tm je fluidita membrány cholesterolem snižována, protože
cholesterol je rigidnější strukturou
Fluidita membrány je pro buňku důležitá z mnoha důvodů, např. umožňuje membránovým
proteinům rychle difundovat v rovině membrány a navzájem interagovat (například při
buněčné signalizaci).
Biochemie-5-Membrany 9
Pohyby fosfolipidů
 Fosfolipidy se v membráně bez omezení pohybují laterálně a otáčejí se
kolem své osy.
 Každá z vrstev má jiné lipidové složení.
 Plazmatické membrány vykazují větší asymetrii ve fosfolipidovém složení než
membrány ER. Ve vnější membránové vrstvě převažuje PC a sfingomyelin,
zatímco ve vnitřní vrstvě se nachází hlavně PS a PE.
 Fosfolipidy mají tendenci vyrovnávat asymetrickou distribuci mezi vrstvami
(angl. scrambling). Obecně je tento proces velmi pomalý a záleží na typu
lipidů, na struktuře a polaritě hlaviček, hydrofobicitě acylových řetězců a
seskládánílipidů ve dvojvrstvě. V živých buňkách je však „scrambling"
akcelerován fúzováním a odštěpováním vesiklů. Proto musí být asymetrická
distribuce aktivně udržována pomocí proteinů, které lipidy translokují.
 Dosud byly identifikovány tři systémy kontrolující distribuci lipidů obou vrstvách,
 jedná se o:
 flipasy (též nazývané aminofosfolipidtranslokasy) specifické pro translokaci PS
a PE z vnější do vnitřní vrstvy
 flopasy zodpovědné za translokaci lipidů z vnitřní vrstvy a
 skramblasy translokující fosfolipidy nespecificky v obou směrech
Biochemie-5-Membrany 10
 Flipasy a flopasy jsou ATP závislé, zatímco skramblasy jsou na
ATP nezávislé, avšak vyžadují přítomnost Ca2+. V apoptických
buňkách je skramblasa aktivována jinou dráhou.
 Flopasy patří do rodiny proteinů označovaných jako ABC
transportéry (ATP-binding cassette transporters). Původně byly
charakterizovány jako látky zodpovědné za mnohočetnou lékovou
rezistenci (MDR, multidrug resistance) v nádorových buňkách,
posléze byla popsána řada fyziologicky významných funkcí těchto
proteinů (viz kapitola membránový transport).
 Flipasy patří do rodiny tzv. ATPáz P-typu a řadí se do podrodiny
4 (viz kapitola membránový transport). Od klasických ATPáz
(které jsou pumpami pro ionty) se liší tím, že translokují lipidy.
 Skramblasy jsou nespecifické vůči druhu lipidu a transportují
lipidy v obou směrech. Jsou stimulovány intracelulární hladinou
vápníku.
Biochemie-5-Membrany 11
Membránové proteiny
Membránové proteiny. [online]. [cit. 2014-08-16]. Dostupné z: http://pravou-
predni.blog.cz/1403/membranove-proteiny
Biochemie-5-Membrany 12
Membránové proteiny
 Membránové proteiny mohou být v membráně umístěny různým způsobem.
 Integrální membránové proteiny jsou zabudovány do membrány, nemohou
podléhat flip-flop přeskupení. Některé mají karboxylový i amino-konec na jedné
straně membrány, jiné mají každý konec molekuly na jiné straně membrány,
častěji karboxylový konec na cytoplazmatické straně. Některé
membránové proteiny obsahují jediný transmembránový úsek, tvořený alfahelixem
s hydrofobními aminokyselinami, jiné membránové proteiny mají více
transmembránových úseků, které několikrát prostoupí membránou.
 Periferní mebránové proteiny jsou vázány pouze na povrchu membrány a
mohou být snadno odstraněny bez porušení lipidové dvojvrstvy. Mnoho
periferních proteinů je k membráně vázáno lipidovými kotvami.
 V souvislosti s níže zmíněnými rafty lze proteiny rozlišit na ty, které jsou
součástí raftů, a ty, které leží mimo ně a dále proteiny, které se pohybují
vně i uvnitř raftů.
 Mikrodomény
 V lipidových membránách se nachází specializované struktury obecně
označované jako mikrodomény, které mají různé fyziologické funkce.
 Mikrodomény jsou dvojího typu: rafty, kaveoly
Biochemie-5-Membrany 13
Lipidové rafty se nachází v cytoplazmatické membráně. Jsou to dynamická uskupení
cholesterolu a sfingolipidů chovají se jako „plovoucí plošiny" v membráně.
Lipidová dvojvrstva raftů je asymetrická:
 vnější vrstva membrány je bohatá na sfingolipidy a glykosfingolipidy
 vrstva přivrácená do cytoplazmy obsahuje převahu glycerofosfolipidů
Mezi lipidy je interkalován cholesterol, u které se předpokládá, že udržuje komponenty raftů
pohromadě. Součástí raftů jsou i proteiny, často glykosylované, acylované nebo prenylované.
Rafty mají průměr kolem 50 nm, což odpovídá počtu přibližně 3500 molekul sfingolipidů. Po
specifických fyziologických stimulech mohou rafty asociovat do větší celků. Distribuce raftů v
membráně závisí na typu buňky. Předpokládá se, že rafty pokrývají více než polovinu membrán.
Lipidové rafty hrají centrální roli v mnoha buněčných procesech:
 třídění a směrování proteinů
 polarizace buněk
 procesů signální transdukce ad.
Některé viry využívají rafty ke vstupu do hostitelských buněk (ebola virus, HIV, Marburg virus).
Rafty hrají rovněž roli v tzv. priónových onemocněních a vzniku Alzheimerovy choroby.
Kaveoly jsou malé invaginace na povrchu cytoplazmatických membrán pozorovatelné
elektronovým mikroskopem. Některé buňky, např. adipocyty, endotelové buňky a buňky
hladkého svalu jich mají značný počet.
Většina z nich obsahuje protein kaveolin, který se pravděpodobně účastní jejich přeměny z raftů.
Podobně jako rafty, jsou i kaveoly dynamické struktury. Proteiny obsažené v kaveolech jsou
často složky signálních buněčných drah (např. inzulinový receptor a některé G-proteiny ad.)
Biochemie-5-Membrany 14
Schéma lipidového raftu A Intracelulární prostor (cytosol) B Extracelulární
prostor nebo lumen vesiklů/Golgi aparátu 1. Běžná lipidová dvojvrstva
(neraftová membrána) 2. Lipidový membránový raft 3. Transmembránový
protein asociovaný s lipidovým raftem 4. Neraftový membránový protein 5.
Glykosylační modifikace (na glykoproteinech a glykolipidech) 6. GPIzakotvený
protein 7. Cholesterol 8. Glykolipid
Biochemie-5-Membrany 15
Biochemie-5-Membrany 16
Struktura myelinu
Myelin je zvláštní vícevrstvá membránová
struktura tvořená lipidy a proteiny.
Myelinové pochvy
vznikají z výchlipek:
 oligodendroglie (v CNS)
 Schwannových buněk (v periferii)
Tyto výchlipky v mnoha vrstvách obtáčejí úsek
axonu. Sbaleni vrstev je tak těsné, že
původní extra- a intracelulárni prostory jsou
stěží rozeznatelné. Myelinové membrány
obsahují cca 80% lipidů, kolem 16% z nich
tvoří cerebrosidy, z nichž hlavní je
galaktosylcerebrosid. Naopak sfingomyelin
je zde obsažen přibližně ve stejné
koncentraci jako v jiných membránách (7%).
Cholesterolu je kolem 30 %. Wikipedie: Myelin. [online]. [cit. 2014-08-16]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Myelin
 Mozek syntetizuje velmi dlouhé mastné
kyseliny (více než 20 uhlíků), mezi
jejichž řetězci vznikají velmi těsné
hydrofobní vazby, které udržují těsné
sbalení myelinové vrstvy. Vrstvy
myelinu jsou poutány interakcemi lipidprotein
a protein-protein. Jejich
přerušení vede k poruše myelinové
vrstvy.
 Hlavními proteiny v CNS jsou
proteolipidový protein (PLP) a bazický
protein myelinu (MBP encefalitogen).
 PLP je velmi hydrofobní protein, který
tvoří velké agregáty a je velmi resistentní
vůči proteolýze.
 MBP je rodina proteinů, na rozdíl od PLP
jsou dobře rozpustné ve vodě a snadno
extrahovatelné
 z membrány. MBP se nachází na
cytoplazmatické straně myelinové
membrány.
 Nejznámější choroba spojená s
demyelinizací nervových vláken je
sklerosa multiplex.
Biochemie-5-Membrany 17
What is myelin?: Sumit Punnakari. [online]. [cit. 2014-08-16].
Dostupné z: http://spunnakari.wordpress.com/2013/02/14/what-
is-myelin/
Biochemie-5-Membrany 18
Membránový transport
 Povaha lipidové dvojvrstvy významně omezuje transport molekul
přes membrány.
 Anorganické ionty nebo polární organické molekuly
nemohou membránou procházet, protože jsou obklopeny
hydratačním obalem a jsou odpuzovány hydrofobním
charakterem vnitřní části membrány.
 Makromolekuly jako např. bílkoviny nebo nukleové kyseliny
nemohou membránami procházet vzhledem ke své velikosti a
náboji. Pro většinu látek proto existují speciální transportní
systémy, které umožní jejich transport přes membránu.
 Molekuly a ionty se mohou spontánně membránou pohybovat
ve směru koncentračního spádu procesem difuze nebo
usnadněné difuze. Pro transport v opačném směru je třeba
dodat energii a proces se pak označuje jako aktivní transport.
Biochemie-5-Membrany 19
Nespecifická permeace (prostá difuze)
 Lipidová dvojvrstva je volně prostupná pouze pro vodu a malé nenabité molekuly
jako O2, CO2, NO, CO, N2. Přes membránu snadno prochází také menší
hydrofobní molekuly, které nereagují s vodou, např. steroidní hormony.
 V některých membránách, například ve vnější mitochondriální membráně, jsou
obsaženy póry tvořené bílkovinami a těmi mohou procházet malé polární
molekuly. Pro většinu membrán je však pasivní difuze limitována jen na malé
hydrofobní molekuly.
Wikipedie: Difuze. [online]. [cit. 2014-08-16]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Difuze
Biochemie-5-Membrany 20
Usnadněná difuze
 Přenašečový transport
 po koncentračním spádu, energie z gradientu,
 rychlejší než prostá difuze, specifická pro přenášenou molekulu
 Km, Tm, saturační kinetika
 3 typy: iontové kanály, uniportový systém, kotransportery
1 – prostá difuze
2 – usnadněná difuze
UVOD: PASSIVE TRANSPORT. [online]. [cit. 2014-08-16]. Dostupné z:
http://xarquon.jcu.cz/edu/uvod/06transport/062passive/transport_passive_rate.htm
Biochemie-5-Membrany 21
Přenašečový transport
Pro usnadnění transportu hydrofilních látek přes membránu jsou využívány dva typy
proteinových systémů:
a) kanály
b) transportní molekuly
Transportéry by bylo možné rozdělit:
a) transportéry pro pasivní transport (usnadněnou difuzi)
b) transportéry pro aktivní transport
a. transportéry pro primární aktivní transport (přenos spřažen s redoxní reakcí)
b. primární ATP-asy
c. ABC transportéry (rovněž jedna ze skupin primárního aktivního transportu)
d. transportéry pro sekunárdní aktivní transport
Třída Příklad
Kanály regulované napětím Na+ kanál
Kanály regulované ligandy acetylcholinový receptor
Kanály regulované cAMP Cl– kanál
Další kanály kanály regulované zvukem, teplem, tlakem…
Tabulka 1 - Klasifikace kanálů
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni, 2009, s. 62.
Biochemie-5-Membrany 22
Iontové kanály
 Integrální proteiny v membránách mohou vytvářet kanály a póry
usnadňují translokaci molekul nebo iontů přes membránu. Látky se
pohybují kanálkem ve směru koncentračního spádu. Kanálové
proteiny na sebe nevážou ani nevyčleňují molekuly nebo ionty, které
přenáší. Jejich specifita je omezena na velikost a náboj látek.
 Průtok kanálem může být inhibován a může být regulován řadou
mechanismů.
 Kanály otvírané změnou napětí
 V excitabilních buňkách, jako jsou nervové a svalové buňky, jsou
kanály, které se otvírají na základě změny membránového potenciálu.
Obrázek (kanál otvíraný změnou napětí): Po té, co nastane změna akčního potenciálu, dojde
k otevření kanálu a k průchodu např. iontů do nebo z buňky.
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni, 2009, s. 64.
Biochemie-5-Membrany 23
Ligandem otvírané kanály
 Kanál se otevírá po navázání malé signální molekuly (ligandu).
Některé kanály jsou otevírány extracelulárními ligandy, jiné
intracelulárními ligandy.
 Ligand není kanálem transportován. Příkladem je acetylcholinový
receptor nikotinového typu. Po navázání acetylcholinu se otevírá kanál
pro sodné ionty.
Obrázek (acetylcholinový receptor nikotinového typu): Po navázání
ligandu, dojde k otevření kanálu.
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni, 2009, s. 64.
Biochemie-5-Membrany 24
Akvaporiny
 Akvaporiny jsou membránové kanály pro vodu, které jsou rozhodující pro
obsah vody v buňkách. Jsou to malé hydrofobní integrální membránové
proteiny. Jsou nepropustné pro nabité molekuly, včetně protonů. Nepropouští
tedy ani ionty H3O+. V membránách jsou uspořádány do tetrametrů, každý z
monomerů je kanálem pro molekuly vody. Každý monomer se skládá ze šesti
membránových α-helikálních domén, obsahujících pór pro vodu.
Obrázek (průřez akvaporinového kanálu)
 Kanál má tvar přesýpacích hodin, v místě zúžení má průměr kolem 2,8 A,
což limituje velikost molekul, které mohou procházet. Molekuly vody prochází
kanálem jednotlivě.
 Specifičnost kanálů k vodě je dále ovlivněna kladně nabitými zbytky
argininových molekul v místě zúžení, které vytváří bariéru pro průchod
kationtů.
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni, 2009, s. 64,65.
Biochemie-5-Membrany 25
a) Ionofory (transportní antibiotika)
 Ionofory jsou látky, které usnadňují transport anorganických
iontů přes membrány. Jsou produkty bakterií a jsou to látky s
relativně nízkou molekulovou hmotností.
 Dělí se do dvou základních typů:
a) Ionofory typu gramicidinu
 Gramicidin je peptid tvořený 15 aminokyselinovými zbytky. V
membránách tvoří β-helix, který může dimerizovat a vytvořit
kanál s průměrem kolem 5A. Polární zbytky směřují do nitra
kanálu, nepolární zbytky jsou v kontaktu s membránou. Kanálem
může procházet voda a jednomocné kationty, avšak ne
anionty.
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni, 2009, s. 65.
Biochemie-5-Membrany 26
b) Ionofory typu valinomycinu
 Valinomycin je cyklický peptid, který ve svém
středu váže K+. Po navázání ion kovu ztrácí
molekuly vody, které jej hydratovaly, a snadno
prostupuje membránou.
Obrázek (Valinomycinový ionofor): K+ se naváže na valinomycin, ztratí molekulu vody a
je přenesen na druhou stranu membrány. Po té se valinomycin vrací zpět.
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni, 2009, s. 66.
Biochemie-5-Membrany 27
Mezerové spoje (gap junctions)
 Gap junctions (nexusy) se nachází v cytoplazmatických membránách
živočišných buněk. Jsou tvořeny transmembránovými kanály – konexony,
které vytváří kanál mezi dvěma buňkami. Konexon v plazmatické membráně
jedné buňky navazuje na konexon v membráně sousedící buňky.
 Konexon je tvořen je tvořen hexamerním proteinem konexinem. Průměr
otevřeného póru je kolem 1,2–2 nm. Kanály prochází voda spolu s dalšími
látkami, jako jsou ionty nebo malé molekuly, ne však makromolekuly. Gap
junctions tvořené různými konexiny mohou vykazovat různou specifitu pro
roztoky.
 Kanály jsou normálně otevřené. Uzavírají se při zvýšení hladiny Ca2+ v
cytoplazmě, změně metabolismu, změně membránového potenciálu nebo
změně pH.
 Některé gap junctions mohou být kontrolovány fosforylací konexinu.
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni, 2009, s. 66.
Biochemie-5-Membrany 28
Membránové transportní proteiny
 Transportní proteiny katalyzují přenos molekul nebo iontů přes membránu
navázáním a fyzikálním transportem přes membránu. Rychlost transportu je
vyšší než při prosté difuzi. Na rozdíl od prosté difuze, transport vykazuje
saturační kinetiku. Pro transportér může být stanovena Vmax i Km. Většina
transportérů má vysoký stupeň strukturní specifity k substrátu.
Proces transportu je charakterizován čtyřmi fázemi:
a. rozpoznání solutu transportérem
b. translokace solutu přes membránu
c. uvolnění solutu transportérem
d. návrat transportéru do původního stavu
 Při rozpoznání solutu transportérem se uplatňují obdobné interakce jako při
rozpoznání substrátu enzymem. Na transportéru je specifické vazebné místo
pro solut. Translokace vyžaduje konformační změnu transportéru po
navázání solutu. Změnou konformace transportéru je transportovaná molekula
posouvána přes membránu.
Při transportu je přenášena:
 a) jedna látka v daném směru (uniport) b) dvě látky ve stejném směru
(symport)
 c) dvě látky v opačném směru (antiport)
 V některých případech probíhá transport i proti koncentračnímu spádu, v
takovém případě vyžaduje energii.
Biochemie-5-Membrany 29
Energetika transportu
 Směr membránového transportu z „vně (o) dovnitř (i)“: ΔG = Gi – G0
 Pro elektroneutrální molekuly: ΔG = RTln ci/c0
 Pro ionty: ΔG = RTln ci/c0 + zFΔψ, kde Δψ = ψi– ψ0
 Pasivní transport probíhá, pokud ΔG má zápornou hodnotu,
transportovaná látka se přenáší bez dodání energie.
 Je-li ΔG positivní, průběh transportu vyžaduje dodání energie a
proces se označuje aktivní transport (pumpa). Energii pro aktivní
transport mohou poskytnout různé reakce. U živočichů se nejčastěji
jedná o štěpení ATP nebo využití elektrochemického gradientu.
Regulace činnosti enzymu. [online]. [cit. 2014-08-16]. Dostupné z: http://orion.chemi.muni.cz/e_learning/=Texty/29-
Regulace%20metabolismu/29-Regul-MembrTransport.htm
Biochemie-5-Membrany 30
Pasivní transport (usnadněná difuze)
 Příkladem jednosměrného pasívního transportu je translokace glukosy pomocí
glukosových transportérů typu GLUT.
Obrázek (Transportér typu GLUT)
 Příkladem pasívního antiportu je transportér pro výměnu Cl− a HCO3− v
membráně erytrocytů. Značný počet transportérů, které přenášejí látky symportem
nebo antiportem ve směru koncentračního spádu se nachází v mitochondriální
membráně.
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni, 2009, s. 67.
Biochemie-5-Membrany 31
Aktivní transport
 Při aktivním transportu je transportovaná látka přenášena proti
koncentračnímu gradientu, přičemž vzniká její chemický nebo
elektrochemický gradient. Obdobně jako pasivní transportéry, jsou i
aktivní transportéry charakterizované saturační kinetikou, specifitou
vůči přenášené látce a možností inhibice.
 Při primárním aktivním transportu je potřebný zdroj energie. U
živočišných buněk je to nejčastěji ATP. Transportéry jsou pak také
nazývány ATPasy, vzhledem k tomu, že ATP je během translokace
hydrolyzováno. Transportní protein je dočasně fosforylován, čímž
dochází ke změně jeho konformace, která umožní translokaci látek.
 Při nepřímém aktivním transportu je vytvořen koncentrační gradient
iontu aktivním transportem a jiný transportér využívá energii tohoto
gradientu k přenosu další látky.
Biochemie-5-Membrany 32
Primární aktivní transport
 Jsou známy tři rodiny primárních aktivních ATPas, které jsou
klasifikovány jako P-, V- a F- typ.
 Transportéry P-typu jsou fosforylovány a defosforylovány během
transportu Na+,K+, Ca2+ apod. Je známo kolem 300 členů této rodiny.
 Transportéry V-typu (v-vakuolární) jsou protonové pumpy,
zodpovědné za acidifikaci vnitřního prostředí lysosomů, endosomů,
Golgiho a sekretorních vesikulů.
 F-typy transportérů jsou přítomny v mitochondriích, chloroplastech a
bakteriích. Translokují protony na úkor hydrolýzy ATP, avšak
syntetizují ATP při fungovaní v opačném směru, tj. při transportu
protonů po koncentračním gradientu.
 ABC transportéry jsou zvláštní superrodina ATP-závislých
transportérů.
Biochemie-5-Membrany 33
Tabulka 2 - Přehled typů ATPas
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni, 2009, s. 68.
Biochemie-5-Membrany 34
 Ca2+ je významným druhým poslem v buňkách. Změny jeho koncentrace
regulují řadu významných intracelulárních dějů.
 Klidová koncentrace Ca2+ v buňce je kolem 0,1 μmol/l, zatímco koncentrace
extracelulárního Ca2+ je 104-krát větší. Koncentrace Ca2+ v cytoplasmě se
zvyšuje uvolňováním Ca2+ z endoplazmatického (sarkoplazmatického)
retikula nebo dočasným otevřením Ca2+ kanálů v plazmatické membráně,
kterými do buňky proudí vápenaté ionty. Aby byla znovu ustavena nízká
koncentrace vápenatých iontů v cytoplazmě, je vápník aktivně transportován
dvěma různými ATPasami:
 jedna přenáší Ca2+ zpět do lumen endoplazmatického retikula
 druhá přenáší Ca2+ ven z cytoplazmy přes plazmatickou membránu.
Ca2+ ATPasy.
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni, 2009, s. 69.
 Obě Ca2+-ATPasy jsou transportéry P-typu – jsou fosforylovány
ATP na aspartátovém zbytku.
 V kosterním svalu je Ca2+-ATPasa sarkoplazmatického retikula
(SERCA) zapojena do cyklu kontrakce a relaxace a tvoří 1/3
povrchu membrány. Je tvořena jediným proteinem, který obsahuje
10 transmembránových helixů. Po navázání vápníku se na
transportér váže ATP,
 Svalová Ca2+-ATPasa hraje též roli při produkci tepla. Ca2+ se
váže na ATPasu, následuje hydrolýza ATP, avšak tím, že nedojde k
translokaci kationtu, se energie hydrolýzy ATP uvolní formou tepla.
Produkci tepla zvyšuje malý peptid sarcolipin
Biochemie-5-Membrany 35
Biochemie-5-Membrany 36
Na+/K+-ATPasa.
 Cytosol živočišných buněk obsahuje K+ ionty v koncentracích asi 20-krát
vyšších než extracelulární tekutina. Naproti tomu extracelulární tekutina
obsahuje Na+ ionty v koncentracích asi 10-krát vyšších než uvnitř
buňky.
 Tento koncentrační gradient je udržován účinkem Na+/K+-ATPasy.
Transportér využívá energii štěpení ATP a transportuje 3 Na+ ionty ven z
buňky a 2 K+ ionty do buňky.
Biological Membranes and Membrane Transport Mechanisms. [online]. [cit. 2014-08-16].
Dostupné z: http://themedicalbiochemistrypage.org/membranes.php
 V parietálních buňkách žaludku se nachází H+/K+-ATPasa.
 Tento transportér přenáší H+ ionty z cytoplasmy parietálních buněk,
kde je jejich koncentrace kolem 4.10-8 mol/l do lumen žaludku, kde
je koncentrace H+ kolem 0,15 mol/l.
Biochemie-5-Membrany 37
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni, 2009, s. 69.
Biochemie-5-Membrany 38
ABC-transportéry (ATP binding cassettes)
 Jedná se o nadrodinu transmembránových proteinů, které mají
doménu pro vazbu určitého substrátu a doménu vážící ATP.
Vazebné místo pro ligand je obvykle limitováno pro jednotlivé typy
molekul.
 Látky mohou do kanálu vstupovat z nitra buňky a také z membrán.
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni, 2009, s. 70.
 Je známo obrovské množství ABC transportérů. Lidský genom
obsahuje nejméně 49 genů pro ABC transportéry.
 ABC kasety u savců mohou být jak v plazmatických, tak v
intracelulárních membránách a umožňují přenos různých typů lipidů
(fosfolipidů, dlouhých mastných kyselin, žlučových kyselin,
cholesterolu), peptidů, různých toxických organických molekul a
chemoterapeutik. U bakterií jsou ABC kasety všestrannější,
přenáší i ionty, těžké kovy, sacharidy, aminokyseliny, peptidy,
proteiny, vitaminy a další. ABC pumpy jsou většinou
jednosměrné.
 Všechny ABC transportéry obsahují nejméně čtyři
charakteristické strukturní domény:
dvě domény vážící ATP, která se také označuje jako NBD
(nucleotide binding domains)
dvě transmembránové domény TMD (transmembrane domains)
Biochemie-5-Membrany 39
Biochemie-5-Membrany 40
 Eukaryontní ABC transportéry jsou exprimovány buď jako dimery
nebo jako jednotlivé polypeptidy obsahující všechny čtyři
domény. Strukturní rozdíly mezi jednotlivými podskupinami ABC
transportérů jsou dány především v oblasti TMD a pravděpodobně
reflektují velkou diverzitu v substrátové specifitě.
 Geny pro ABC transportéry jsou v genomu velmi rozšířeny a jsou
mezidruhově vysoce konzervovány, což indikuje, že existovaly již na
počátku evoluce eukaryontů. Geny jsou děleny do podrodin na
základě podobnosti ve struktuře genu a homologie v NBD a
TMD. U savců je rozlišováno sedm genových podrodin (ABCA,
ABCB, ABCC, ABCD, ABCE, ABCF, ABCG), z nichž pět bylo
nalezeno i u Sacharomyces cerevisiae.
 Jednou skupinou proteinů podrodiny ABC transportérů u člověka
jsou P-glykoproteiny. Jsou známy tím, že odstraňují z buněk
celou řadu xenobiotik. Při jejich zvýšené expresi u nádorových
buněk, dochází ke zvýšené rezistenci na léčbu chemoterapeutiky.
Jsou kódovány skupinou genů, které se označují jako MDR geny
(multidrug resistance genes). Glykoproteiny, které jsou produktem
těchto genů, jsou také označovány jako MRP proteiny (multidrug
resistance proteins).
 Jako první P-glykoprotein zodpovědný za mnohočetnou resistenci
vůči lékům (multidrug resistance) byl popsán ABCB1 transportér
(MRP1), postupně však bylo zjištěno, že za resistenci vůči lékům
odpovídají i další ABC transportéry (MRP3,MRP4 ad.).
 Jiné P-glykoproteiny zodpovídají za transport fosfolipidů,
cholesterolu a žlučových kyselin přes kanalikulární plasmatickou
membránu hepatocytů. Další MRP proteiny zajišťují eflux látek
konjugovaných s glutathionem, sírovou kyselinou a
glukuronáty. Jiný z P-glykoproteinů odpovídá za transport
glukuronidů bilirubinu z jaterní buňky do žluče.
Biochemie-5-Membrany 41
Biochemie-5-Membrany 42
Sekundární aktivní transport
Kotransport
 Velmi rozšířený je kotransport látek se sodnými ionty. Elektrochemický
gradient Na+ iontů je zde zdrojem energie pro transport aminokyselin, cukrů,
iontů a dalších malých molekul.
 Příkladem je transportér Na+/glukosa (SGLT).
Regulace činnosti enzymu. [online]. [cit. 2014-08-16]. Dostupné z: http://orion.chemi.muni.cz/e_learning/=Texty/29-
Regulace%20metabolismu/29-Regul-MembrTransport.htm
Obrázek (Transportér Na+/glukosa)
 Ionty Na+ se váží na transportní bílkovinu současně s glukosou. Po
změně konformace bílkoviny jsou glukosa i sodné ionty přenášeny
přes membránu. Na+ ionty se pohybují po koncentračním spádu,
glukosa je přenášena proti koncentračnímu spádu.
 Gradient iontů Na+ se obnovuje účinkem Na+/K+–ATPasy, která
sodné ionty transportuje ven z buňky výměnou za K+. Tento typ
transportéru se nachází např. v membráně buněk střevního
endotelu nebo v ledvinných tubulech. Obdobným způsobem jsou
transportovány také aminokyseliny z lumen tenkého střeva nebo
ledvinných tubulů nebo jodidové ionty do buněk štítné žlázy.
Biochemie-5-Membrany 43
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni, 2009, s. 71.
Biochemie-5-Membrany 44
Antiport
 U pump spojených s antiportem difunduje řídící ion
do buňky v jednom směru a poskytuje energii pro
transport molekul nebo iontů v opačném směru.
Příkladem je antiport Ca2+/Na+ spřažený s Na+/K+ATPasou
v membráně myocytu.
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni, 2009, s. 72.
Obrázek (Antiport Ca2+/Na+ spřažený s Na+/K+-ATPasou)
Biochemie-5-Membrany 45
 Chlorido-bikarbonátový transportér
Figure 10-20 Chlorido-bikarbonátový
transportér erytrocytární membrány
dovoluje vstoupit a vystoupit HCO3
beze
změny transmembránového
elektrického potenciálu. Rolí tohoto
člunkového systému je zvýšení
kapacity přenosu CO2 v krvi.
Chapter 10: Biological Membranes and Transport. [online]. [cit. 2014-08-18]. Dostupné z:
http://www.bioinfo.org.cn/book/biochemistry/chapt10/bio3.htm