Transportul prin membrane Date generale

Iunie 2010Membrana celulara

ContextulMembrana separa celula vie de mediul inconjurator, ne-viubariera foarte subtire = 8nm grosimeControleaza traficul in si dinspre celulapermeabilitate selectivapermite unor substante sa treaca mai usor decat altorahidrofob vs hidrofil Alcatuita din fosfolipide, proteine & alte macromolecule

FosfolipideleAcid grasFosfatCozile acizilor grasi hidrofobeGruparea fosfat din capul moleculei hidrofilaAranjate ca bistrat

Bistratul fosfolipidiccapete hidrofilepolarecozi hidrofobenonpolarecapete hidrofilepolare

Mai mult decat lipide In 1972, S.J. Singer & G. Nicholson propun ideea ca proteinele membranare sunt inserate in bistratul fosfolipidicE ca un fluid E ca un mozaicEste modelul Mozaic fluid!

Membrana este un amestec de proteine si alte molecule incluse in matricea fluida a bistratului lipidicFluidul extracelularColesterolCitoplasmaFosfolipide

Compozitia lipidica membranara variazaCompozitia lipidica afecteaza flexibilitateamembrana trebuie sa fie fluida & flexibila

% de acizi grasi nesaturati in fosfolipidementine membrana mai putin vascoasaDif. in organismele adaptate la frig, (ca graul de iarna) creste % toamnacolesterol in membrane

Proteinele membranareProteinele determina functiile specifice ale membraneimembrana celulei & membranele organitelor au fiecare colectii unice de proteineProteinele membranei:Proteine periferice legate lax de suprafata membraneimarkeri de suprafata ai identitatii celulare (antigene)Proteine integrale strabat bistratul lipidic, de regula in intregime proteine transmembranareproteine de transportcanale, permeaze (pompe)

Iunie 2010De ce sunt proteinele moleculele perfecte pentru a construi structuri in membrana celulara?

Clase de aminoaciziCe au acesti aminoacizi in comun?nonpolari & hidrofobi

Clase de aminoaciziCe au acesti aminoacizi in comun?polari & hidrofiliCel mai tare imi plac cei polari!

Domenii proteice ce ancoreaza moleculeleIn membraneaminoacizii nonpolari hidrofobi ancore proteice in membranePe suprafetele externe ale membraneloraminoacizii polarihidrofilise extind in fluidul extracelular & in citosolPolar areasof proteinNonpolar areas of protein

functia indeplinita prin schimbare conformationala = schimbarea formei

Numeroase functii ale proteinelor membranareExteriorMembrana plasmaticaInteriorTransportorReceptor celular de suprafataActivitate enzimaticaMarker de suprafatade identitate celularaAtasare la citoscheletAdeziune celulara

Carbohidratii membranari Rol cheie in recunoastere celula-celulaabilitatea unei celule de a distinge o celula de altaantigeneimportante in dezvoltarea tesuturilor si organelorbaza pt. respingerea celulelor straine de catre celulele sistemului imun

Iunie 2010Transportul prin membrana celulara

Transportul diferitelor substante prin membrana depinde de: caracteristicile substantei transportate (greutatea moleculara, forma, dimensiuni, gradul de ionizare, gradul de hidratare) compozitia chimica a membranelor

Transport de ioni si molecule mici prin mecanisme de difuzie sau mecanisme n care sunt implicate proteine membranare

Transport de macromolecule si particule prin vezicule delimitate de membrane

Clasificare transport prin membrane

Clasificare transport prin membraneDupa consumul de energie metabolica nmagazinata n ATP

transport pasiv transport activ

Transferul prin membrana celularaTransport pasivDifuziune simpladifuziune a moleculelor nonpolare, hidrofobelipidemare mic (gradient de concentratie)Difuziune facilitatadifuziunea unor molecule polare, hidrofileprintr-o proteina canalmare mic (gradient de concentratie)Transport activdifuziune impotriva gradientului de concentratiemic mareutilizeaza o proteina cu functie de pompanecesita ATPATP

DifuziuneaDifuziunemiscare de la concentratie mare scazuta

DifuziuneMiscare de la concentratie MARE la concentratie SCAZUTAtransport pasivnu e necesar consum de energiedifuziuneosmozamiscarea apei

Difuziunea prin membrana celularaMembrana celulara este granita intre interior si exteriorsepara celula de mediul sau inconjurator INAUNTRUnutrienticarbohidratiproteineaminoacizilipidesaruri, O2, H2OIN AFARAdeseuriamoniacsaruriCO2H2O produsi de sintezacelula are nevoie de materiale in & de produsi sau deseuri out INOUTPoate fi o granita impenetrabila ?NU!

Difuziunea prin bistratul lipidicGazeMolecule HidrofobeMolecule Mici, PolareMolecule Mari, PolareMolecule +/- Ionitrec directDifuzia simpla este determinata de gradientul de concentratie si/sau electric al particulelor transportate, de o parte si de alta a membranei.

Difuziunea prin bistratul lipidicCe molecule pot trece direct?grasimi & compusi amfifililipidsareaaH2OzaharNH3Ce molecule NU pot trece direct?molecule polareGlucozaioniNa, K, Ca, Cl, amoniumolecule mariamidon, proteine

Transportul prin membrane

Transportorii ( permeaze ) leaga in mod specific molecule care urmeaz s fie transportate i sufera apoi o serie de modificari conformationale transferand astfel molecula legata prin membran

Proteinele Canalinteracioneaz cu moleculele de transportat mult mai slab. Formeaz pori care strabat bistratul lipidicCnd sunt deschisi, aceti pori permitmoleculelor sau ionilor specifici sa treacaprin ele i sa strabata astfel membrana. (Difuzie facilitata)(canal delimitat de aminoacizi hidrofili)

Transportul prin membrane

Canale prin (din) membrana celularaMembrana devine semi-permeabila cu ajutorul proteinelor-canal canale specifice permit unui material specific sa treaca prin membrana celularainteriorexteriorNH3H2OaaZaharioni

Canale de Ca, Na, K, ClSubfamilii100 M ioni/sTinta moleculara pt. medicamenteElectrofiziologie; mutageneza dirijata

proteine transmembrane multipas

proteinele canal ionice prin care ionii difuzeaza cu diferite viteze n sensul gradientului de concentratie. Sunt de mai multe tipuri n functie de modul cum are loc deschiderea lor

Difuziune facilitataDifuziune prin proteine canalcanalele transfera molecule specifice prin membrana celularanu necesita energieproteina canalcanal deschis = transport rapidfacilitat = cu ajutor

Transportul prin membrane Transportul apei se realizeaz att prin difuzie simpl i osmoz ct i prin canale de apa.

Peter Agre izoleaza si caracterizeaza proteina cu functie de transport al apei, dupa ce mult timp a fost suspectat un mecanism aditional de transport al apei care ar explica permeabilitatea mare pentru apa a membranelor unor tipuri de celule, permeabilitate care nu poate fi explicata prin simpla osmoza. AQP1 - 9

AquaporineApa trece rapid in interiorul si catre exteriorul celulelordovezi ale existentei canalelor de apa1991 | 2003Peter AgreJohn HopkinsRoderick MacKinnonRockefeller

Iunie 2010Transportul apei

Miscarea apei prin membrana celulara

Osmoza e difuziunea apei

Difuziunea apei de la concentratie mare a apei la concentratie mica a apeiprintr-o bariera semi-permeabila

Concentratia apeiDirectia osmozei este determinata prin compararea concentratiilor substantelor dizolvateHipertonic mai multe substante dizolvate, mai putina apaHipotonic mai putine substante dizolvate, mai multa apaIzotonic substante dizolvate in concentratii egale, apa in concentratie egalaapamiscarea neta a apei

apa proaspataechilibruapa sarataBalanta de apaSupravietuirea celulara depinde de echilibrul intre aportul si pierderea apei

Celula (comparativ cu vasul) hipertonic sau hipotonicVasul (comparativ cu celula) hipertonic sau hipotonicIn ce directie trece fluxul de apa? in sau out .05 M.03 MOsmoza

Balanta de apaIzotoniccelula animala imersata in solutie usor usor sarata exemplu: celula sanguina in plasma sanguinaproblema: nici unanu apare o miscare neta a apeifluxuri prin membrana, egale, in ambele directiivolumul celular este stabilechilibrat

Transportul prin membrane

transportori de glucoza (GLUT).

Transportul prin membrane

Exemple: Na/glucozaNa/aminoacizi

Transportul prin membrane

Exemple: Na/aminoacizi

3Na+/Ca2+, de la nivelul muchiului cardiac, asigur o concentraie sczut a ionilor de calciu n interiorul cel.

simportantiportDifuziunea facilitataNumeroase modele & mecanismeATPATP

Sistemele de transport pot fi interdependente unul de celalalt.Afectarea unuia determina afectarea celuilalt.

Transport activproteina-pompaschimbare conformationala Celulele pot avea nevoie sa transporte molecule impotriva gradientului de concentratie modificarea de conformatie transporta substanta dizolvata de pe o parte pe cealalta a membranei proteina pompacostul energetic = ATPATP

Transportul prin membrane Pompele ionice

Cea mai cunoscuta Pompa:ATP-aza Na+/K+ care transloc 3 ioni de Na + din interiorul celulei (unde concentraia acestuia este mic) spre mediul extracelular i 2 ioni de K+ din exteriorul celulei n interiorul acesteia

Glicoproteina P

Transferul prin membrana celularaTransport pasivDifuziune simpladifuziune a moleculelor nonpolare, hidrofobelipidemare mic (gradient de concentratie)Difuziune facilitatadifuziunea unor molecule polare, hidrofileprintr-o proteina canalmare mic (gradient de concentratie)Transport activdifuziune impotriva gradientului de concentratiemic mareutilizeaza o proteina cu functie de pompanecesita ATPATP

Transport - Sumardifuziunesimpladifuziune facilitatatransportactivATPTransport pasiv

Moleculele mari?Transfer al moleculelor in & out prin vezicule & vacuoleendocitozafagocitoza = cellular eatingpinocitoza = cellular drinkingexocitozaexocitoza

EndocitozaEndocitoza este procesul de internalizare de ctre celule a unor macromolecule, particule sau chiar a altor celule

ExocitozaExocitoza este procesul de eliberare in spatiul extracelular a continutului unor vezicule intracitoplasmatice in urma fuziunii lor cu plasmalema.

ExocitozaExocitoza poate fi constitutiv ( apare tot timpul ) sau reglementat .Exocitoz constitutiv este important n transportul de proteine ca receptori care funcioneaz n membrana plasmatic. Exocitoz reglementat se declaneaz atunci cnd o celul primete un semnal din exterior.

Membranele internalizate prin vezicule de endocitoza pot fi reciclate prin vezicule de exocitoza revenind la membrana celular.Trafic Membranar

Endocitoza fagocitozapinocitozaendocitoza mediata de receptorfuziune cu lizozomii pentru digestieproces nespecificdeclansat de un semnal molecular(comun tuturor celulelor)

PinocitozaProcesul de ingestie de catre o celula a unui lichid si a substantelor dizolvate in el prin invaginarea suprafetei celulare, formarea ulterioara a unor vacuole, care transporta lichidul ingerat din portiunile superficiale ale celulei in cele profundeProces nespecific

Transportul prin membrane Endocitoza mediata de receptori

Transportul prin membrane Fagocitoza ca tip particular de endocitoza mediata de receptori

Fagocitozaeste un proces de aparare fata de - substante straine, - microorganisme, -celule mbatrnite sau tumorale, - resturi celulare, etc. caracteristic unor celule specializate (macrofagele)

a. legarea particulei de fagocit prin receptorii membranari ai fagocitului care recunosc si leaga specific liganzii de pe suprafata particulei-tintab. internalizarea particulei-tinta prin emiterea pseudopodelor care nchid particula ntr-o vezicula care se numeste fagozom. Acesta fuzioneaza cu vezicule din compartimentul lizosomal formnd fagolizosomul unde se desfasoara actiunea enzimelor

TranscitozaExemplu: celulele endoteliale

Pinocitoza (si transcitoza)Transcitoza se caracterizeaza prin -internalizarea veziculelor de endocitoza -sortarea la nivel endozomal -transportare vezicule spre membrana celulara, unde are loc externalizarea

Sfrit

*******The carbohydrates are not inserted into the membrane -- they are too hydrophilic for that. They are attached to embedded proteins -- glycoproteins.********Signal transduction - transmitting a signal from outside the cell to the cell nucleus, like receiving a hormone which triggers a receptor on the inside of the cell that then signals to the nucleus that a protein must be made.*The four human blood groups (A, B, AB, and O) differ in the external carbohydrates on red blood cells.*******Movement from high concentration of that substance to low concentration of that substance.*******************Donuts!Each transport protein is specific as to the substances that it will translocate (move).For example, the glucose transport protein in the liver will carry glucose from the blood to the cytoplasm, but not fructose, its structural isomer.Some transport proteins have a hydrophilic channel that certain molecules or ions can use as a tunnel through the membrane -- simply provide corridors allowing a specific molecule or ion to cross the membrane.These channel proteins allow fast transport.For example, water channel proteins, aquaporins, facilitate massive amounts of diffusion.******************Plants: nitrate & phosphate pumps in roots.Why?Nitrate for amino acidsPhosphate for DNA & membranesNot coincidentally these are the main constituents of fertilizerSupplying these nutrients to plantsReplenishing the soil since plants are depleting it

**Some transport proteins do not provide channels but appear to actually translocate the solute-binding site and solute across the membrane as the protein changes shape. These shape changes could be triggered by the binding and release of the transported molecule. This is model for active transport.**************************************