C4182
Biochemie II
09-Biomembrány
FRVŠ 1647/2012
2/8/2013
1
Petr Zbořil

Obsah
•Biomembrány, struktura, vlastnosti, funkce. „Polární lipidy“, glycerofosfolipidy, sfingolipidy,
plasmalogeny.
•Membránový transport, usnadněná difuze, aktivní transport, permeasy a iontové kanály.
•Transport aminokyselin, cukrů a iontů. Symport, antiport.
•Fúze membrán.
•Významné transportní systémy.
•Struktura a funkce K-Na-ATPasy, glukosový přenašeč, mitochondriální transport.
•
2/8/2013
Petr Zbořil
2

Membránový transport
•Membrána jako přepážka
oKompartmentace
oStruktura buněk – organely
oVýznamný regulační princip – oddělení procesů
•Komunikace
oPřenos materiálu
oPřenos informace a signálů – regulace
oReceptory
•Enzymové systémy v membráně
oOrganizované
oVektoriální procesy
•
2/8/2013
Petr Zbořil
3

Klasifikace
•Stránka materiálová
oOtázka prostupnosti – polarita a velikost
o
•Stránka energetická
oOtázka gradientů koncentrací a náboje
o
•Speciální hlediska
•
2/8/2013
Petr Zbořil
4

Typy transportů
•Volně
oPlyny
oMalé nenabité molekuly
•Zprostředkovaně
oVelké nenabité polární molekuly
oIonty – H+
oNabité polární molekuly
•NADH
•Různé typy přenosu
•
2/8/2013
Petr Zbořil
5

Materiální hlediska
•Volný transport
odifuse přes membránovou strukturu – Fick
omalé nepolární molekuly (plyny)
• Zprostředkovaný
ousnadněná difuse
oaktivní transport
ospeciální transportní systém
o - membránová bílkovina (komplex)
•Typy zprostředkovaného transportu
omobilní přenašeč  - změna konformace otevírá vazná místa střídavě na jednu a druhou stranu
okanál (iontový) – oboustranně buď uzavřen nebo otevřen – řízeno chemicky (vazba ligandů) nebo
potenciálově, mechanicky i kombinovaně
•
•
•
2/8/2013
Petr Zbořil
6

Typy transportu
•SCHEMA PROSTÉ A USNADNĚNÉ DIFUSE – kanálek a mobilní přenašeč
•
•
•
2/8/2013
Footer Text
7

Typy transportu
•USNADNĚNÁ DIFUSE GLUKOSY
ozprostředkovaná mobilním přenašečem – specificita
•
•
•
•
•
2/8/2013
Footer Text
8

Typy transportu
•Iontové kanálky
oŘízené chemicky, potenciálově, tlakem, kombinací
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•Potenciálem řízené iontové kanálky - otevírání a uzavírání
2/8/2013
Footer Text
9

Typy transportu
•Iontové kanálky
oŘízené chemicky, potenciálově, tlakem, kombinací
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•Chemicky řízené iontové kanálky
ootevírání a uzavírání je dáno vazbou ligandu, zde acetylcholinem
2/8/2013
Footer Text
10

Kinetika transportu
•Obdoba kinetiky enzymů u zprostředkovaného transportu
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
2/8/2013
Footer Text
11

Podstata usnadnění difuse
•
•Analogie s aktivační
•energií u chemických reakcí
•a jejím snížením působením
•enzymů
2/8/2013
Footer Text
12

Modely transportních systémů
•Umělé kanálky a mobilní přenašeče (ionofory),
oPřenos 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)
2/8/2013
Footer Text
13

Modely transportních systémů
•Valinomycin
•
•
•
•
•
•                                                    Komplex s K+ a volný
•
•Depsipeptid (smíšený ester-amid) valinomycin – přenos K+
•D- a L-valin, D-hydroxyvalerát a L-laktát
2/8/2013
Footer Text
14

Modely transportních systémů
•
•
•
•
•
•
•
•
•VALINOMYCIN – K+
ovnitřní kavita molekuly valinomycinu odpovídá iontovému poloměru K+
oPodobnými vlastnostmi se vyznačují i tzv. „crown-etery“, kde velikost dutiny lze měnit počtem
stavebních jednotek, cyklodextriny aj.
•
2/8/2013
Footer Text
15

Modely transportních systémů
•Gramicidin – peptid – kanál přes membránu
•
•Struktura gramicidinu
•Netvoří α-helix (obsahuje D- i L-aminokyseliny)
•Helix o 6,3 AK zbytcích
•připomíná β-skládaný list
•označovaný jako β-helix
•2 řetězce pro překlenutí membrány
•   uvedená spirála není helix
•Podobné kanálky v membráně
•tvoří bílkovina mellitin
•obsažená ve včelím jedu.
2/8/2013
Footer Text
16

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 – srov. pms
• DG = RT . ln (c2/c1) + nF.DY - pro všechny ionty
•
2/8/2013
Footer Text
17

Energetika transportu
•AKTIVNÍ TRANSPORT - PRIMÁRNÍ A SEKUNDÁRNÍ
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•Na+,K+-ATPáza a přenašeč glukozy symportem s Na+
•
2/8/2013
Footer Text
18

Energetika transportu
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•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.
•
2/8/2013
Footer Text
19

Způsoby transportu
•Uniport
ojen u pasivního nebo primárního
•Kotransport
osoučasný transport - vždy u sekundárního, může být i u primárního
osymport a antiport
•Neelektrogenní a elektrogenní transport
•
•
2/8/2013
Footer Text
20

Typy přenosu
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•Přehled a srovnání různých typů a způsobů
2/8/2013
Footer Text
21

Souhrnný přehled
2/8/2013
Petr Zbořil
22

Fúze membrán
•FÚZE MEMBRÁN
oSplynutí bimolekulárních fosfolipidových vrstev – překážka – odpor hydratace, náboje apod.
oFúzogenní faktory – Ca2+, bílkoviny (klatrin) – kaskády reakcí – nakonec fúze – viz synapse
oumělé – polyetylenglykol (odnímání vody)
omodel – fúze ok tuku na hladině
•
•
•
•
2/8/2013
Petr Zbořil
23

Fúze membrán
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•Schema exo- a endocytozy
•
•
•
•
•
2/8/2013
Petr Zbořil
24

Fúze membrán
•
•Transport
•membránových
•veziklů
•
•
•
2/8/2013
Petr Zbořil
25

Významné transportní systémy
•Na-K ATPasa
oNaK pumpa
oGeneruje membránový
opotenciál
oPostupné kroky
oKonformační změny
2/8/2013
Footer Text
26

Významné transportní systémy
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•Využití gradientu iontů pro sekundární transport
oNaK pumpa a symport Na-Glc
2/8/2013
Footer Text
27

Významné transportní systémy
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•Energetika symportu Na-Glc
2/8/2013
Footer Text
28

Významné transportní systémy
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•Usnadněná difuse Glc, vliv insulinu
2/8/2013
Footer Text
29

Významné transportní systémy
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•Transport HCl do žaludku
2/8/2013
Footer Text
30

Mitochondriální transport
•
•
•
•
•
•
•
•
•Výměna ATP-ADP
oVelké množství dalších – di- a trikarboxyláty, AK, citrát – jinde
•
2/8/2013
Petr Zbořil
31

Mitochondriální transport
•
•
•
•
•
•
•
•
•Přenos citrátu
oZdroj AcCoA
2/8/2013
Petr Zbořil
32

Oxidoredukční člunky
•Problém oxidace cytosolického NADH
oGlycerolfosfátový člunek
oZtráta (FADH2 místo NADH) – rychlost
oLétací svaly hmyzu
2/8/2013
Footer Text
33

Oxidoredukční člunky
•Malát-Aspartátový člunek
•
•
•
•
•
•
•
•
•
2/8/2013
Footer Text
34

2/8/2013
Footer Text
35