Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

2008. Dějiny Sendvičový model a model tekuté mozaiky  problémy sendvičového modelu: 1. ne všechny membrány vypadají stejně, např. membrána mitochondrií.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "2008. Dějiny Sendvičový model a model tekuté mozaiky  problémy sendvičového modelu: 1. ne všechny membrány vypadají stejně, např. membrána mitochondrií."— Transkript prezentace:

1 2008

2 Dějiny

3 Sendvičový model a model tekuté mozaiky  problémy sendvičového modelu: 1. ne všechny membrány vypadají stejně, např. membrána mitochondrií je jen 6 nm silná a má úplně jinou strukturu; 2. proteiny jsou silně amfipatické, nutně by tedy hydrofobními oblastmi byly otočeny k vodě 1972 Singer a Nicolson navrhují model tekuté mozaiky

4 Technika mrazového lámání technika mrazového lámání odhalila existenci proteinů ve fosfolipidové dvojvrstvě

5 Membrány jsou tekuté

6  membrány drží pohromadě jen díky relativně slabým hydrofobním interakcím  Laterální pohyb: řada proteinů se mohou volně pohybovat laterálně (jak ledovce v moři), jiné proteiny jsou nepohyblivé. Lipidy se tímto směrem mohou pohybovat velmi rychle - až 2 μm za vteřinu.  naopak jen velmi vzácně se mohou lipidy pohybovat transversálně, svisle

7 Membrány jsou tekuté Doklad pohybu membránových proteinů: po spojení buňky člověka s myší buňkou, se po jedné hodině membránové proteiny kompletně promíchají

8 Membrány jsou tekuté  se snižující se teplotou tuhne i membrána  čím víc je v membráně fosfolipidů s nenasycenými vazbami, tím bude membrána odolnější proti tuhnutí  Vliv cholesterolu (který se nachází pouze u živočišných buněk):  při teplotě okolo 37°C cholesterol brání pohybu fosfolipidů a tím zvyšuje tuhost membrány  při nízkých teplotách cholesterol naopak brání úplnému ztuhnutí membrány

9 Membrány jsou tekuté Mnoho rostlin, které tolerují extrémní chlad, zvyšují s přicházejícím podzimem množství nenasycených fosfolipidů v membránách, což brání úpnému ztuhnutí membrán během zimy

10 Membrány jsou mozaika Model živočišné buňky

11 Membrány jsou mozaika Proteiny integrální a periferní  v membráně erytrocytů doposud objeveno asi 50 různých proteinů  integrální proteiny: jsou zanořeny do hydrofobní oblasti  transmembránové proteiny pronikají celou membránu  periferní proteiny: jsou přiloženy k membráně z jedné či druhé strany; často se dotýkají integrálních

12 Struktura transmembránového proteinu Hydrofobní část membrány proniká část proteinu tvořená z nepolárních aminokyselin, sestavených zpravidla do α helixů. Na obr. je bakteriorhodopsin, který má celkem 7 transmembránových helixů a který se účastní transportu látek přes membránu.

13 Membrány jsou mozaika Proteiny integrální a periferní  Některé transmembránové proteiny jsou na vnější straně navázány k extracelulární matrix a na vnitřní straně k cytoskeletu buňky. Tím je vytvořena požadovaná pevnost živočišných buněk  membrány mají odlišnou vnitřní a vnější stranu; zejména cukerná složka je jen na vnější straně

14 Odlišnost vnitřní a vnější strany Látky, které vznikají uvnitř endoplazmatického retikula se nakonec po úpravách v Golgiho aparátu dostávají na vnější stranu membrány

15 Hlavní funkce membránových proteinů

16

17  transport látek  enzymatická aktivita. Někdy několik enzymů zakotvených v membráně pracuje jako tým  vedení signálů. Po navázání hormonu se změní tvar proteinu, což spustí kaskádu dalších reakcí  spojování buněk mezi sebou  rozpoznání jednotlivých buněk mezi sebou  připevnění k extracelulární matrix

18 Membránové oligosacharidy jsou důležité pro rozpoznání buněk mezi sebou  …což je nezbytná schopnost buněk např. ve vznikajícím embryu  je rovněž nezbytná pro správnou práci imunitního systému, který nějak dokáže rozeznat buňky těla od ostatních (např. bakteriálních)

19 Membránové oligosacharidy jsou důležité pro rozpoznání buněk mezi sebou  membránové sacharidy jsou obvykle rozvětvené oligosacharidy s méně než 15 monosacharidy  některé z těchto oligosacharidů se kovalentně vážou k membránovým lipidům za vzniku tzv. glykolipidů  většina se ovšem váže k membránovým proteinům za vzniku glykoproteinů  složení oligosacharidů v membránách je různé u různých druhů a dokonce je odlišné i v rámci jednoho druhu  krevní skupiny A,B, AB a O vznikají díky odlišným oligosacharidům v membránách erytrocytů

20 Krevní skupiny A, B, AB a 0

21 Transport přes membránu  v pracující buňce, např. ve svalové buňce probíhá velmi intenzívní přenos látek přes membránu oběmy směry  do buňky vstupují z extracelulární tekutiny sacharidy, aminokyseliny, kyslík a další látky, a naopak odchází oxid uhličitý a zplodiny metabolismu  rovněž oběma směry proudí podle potřeby Na +, K +, Ca 2+ a Cl - a další anorganické ionty

22 Transport přes membránu  Membrána je selektivně permeabilní. Je propustná pro  Hydrofobní molekuly snadno rozpustné v tucích  Malé molekuly jako je H 2 O a O 2  Naopak je membrána nepropustná pro  Velké hydrofilní molekuly jako je glukóza  Ionty (např. Na + nebo H + )

23 Transport přes membránu  ani malé molekuly, jako je voda, ale nepronikají díky své polaritě přes plasmatickou membránu zcela bez problémů  klíčovou roli při transportu látek přes membránu hrají proteiny

24 Transportní proteiny  v některých transmembránových proteinech existuje hydrofilní kanál, kterým může dovnitř proudit voda či ionty  jiné se naváží na přenášenou látku a fyzicky ji přenesou za ztráty energie přes membránu  v obou případech ale pracují proteiny vysoce selektivně. Např. buňky jater jsou schopny do sebe přenést z krve glukosu, ale již ne její isomer, fruktózu  co ale řídí směr transportu?

25 Pasivní transport a aktivní transport  Pasivní transport je difúze skrze membránu  molekuly se náhodně pohybují díky tepelné energii (pohyb se zastavuje až při absolutní nule)  Difúze: pronikání molekul látky z místa o větší koncentraci do místa z menší koncentrací  …jinými slovy, molekuly se pohybují po koncentračním gradientu  po vyrovnání koncentrací nastane dynamická rovnováha – molekuly se budou stále náhodně pohybovat

26 Pasivní trasnport - Difúze každý typ barviva se pohybuje po svém koncentračním gradientu. Na obr. b se oranžové barvivo pohybuje zprava doleva, ačkoli větší koncentrace barviv byla původně na levé straně

27

28 Pasivní transport Difúze  důležitým příkladem difúze je např. pohyb kyslíku z krve do buněk, u kterých probíhá celulární respirace.  protože je v těchto buňkách kyslík stále spotřebováván, difunduje z okolního prostředí do buňky po koncentračním gradientu

29 Pasivní transport osmóza  Osmóza = pasivní transport molekul vody  srovnáním dvou roztoků o různých koncentracích hovoříme o  hypertonický roztok = koncentrovanější  hypotonický roztok = méně koncentrovaný  např. voda z kohoutku je hypertonická vzhledem k destilované vodě, ale hypotonická vzhledem k mořské vodě  mají-kli dva roztoky stejnou koncentraci, hovoříme o izotonickém roztoku

30 Pasivní transport - osmóza Póry v semipermeabilní membráně mohou pronikat molekuly vody, ale již ne velké molekuly sacharózy. V pravé části trubice je menší koncentrace volných molekul vody, neboť mnoho z nich je vázáno hydratačním obalem k molekulám sacharózy. Výsledkem je, že voda bude proudit z hypotonického roztoku doprava do hypertonického.

31 Pasivní transport - osmóza

32

33 Vodíkové můstky

34

35 Pasivní transport osmóza  Osmóza závisí pouze na totální koncentraci všech molekul  voda se pohybuje z hypotonického roztoku do hypertonického, i když je v hypotonickém roztoku mnoho druhů molekul;směr proudění vody závisí pouze na celkové koncentraci všech zúčastněných látek  např. mořská voda by ztratila vodu v konfrontaci se silně koncentrovaným roztokem sacharózy, přesto že ji tvoří směs mnoha anorganických iontů

36 Plasmoptýza a plasmolýza

37 Zleva doprava jsou erytrocyty v stále koncentrovanějším roztoku. Na prostředním obrázku jsou erytrocyty v izotonickém prostředí. Úplně vlevo jsou „ghosts“, duchové – plazmatické membrány plazmoptýzou roztržených buněk, jejichž obsah se vylil do prostředí

38 Fyziologický roztok  fyziologický roztok = 9 gramů NaCl v 1 litru vody = 9 g NaCl/L = (0,156 mol/L)

39 Plasmoptýza a plasmolýza: živočišná buňka  v isotonickém prostředí je buňka stálá  plasmolýza: v hypertonickém prostředí buňka ztratí vodu, svraští se a umírá. To je zřejmě důvod, proč při zvýšení salinity vody většina živočichů umírá  plasmoptýza: v hypotonickém prostředí se buňka nafoukne vodou a praskne

40 Plasmoptýza a plasmolýza: živočišná buňka  řada mořských organismů řeší problém tak, že jejich buňky jsou isotonické vůči mořské vodě  suchozemské organismy mají buňky ponořené do extracelulární tekutiny, která je isotonická vůči buňkám  organismy, žijící v hypotonickém či hypertonickém prostředí musí mít výkonný systém osmoregulace

41 Kontraktilní vakuola trepky  trepka Paramecium žije v rybnících, kde je voda hypotonická vzhledem k buněčnému obsahu  plasmalema trepky ale je do určité míry propustná pro molekuly vody, takže trepce neustále hrozí plasmoptýza  Paramecium má naštěstí kontraktilní vakuolu, jejímž hlavním úkolem je čerpat vodu z buňky zpět do okolního prostředí  tato vakuola se naplní asi za 6 vteřin. Za 15 min trepka vyloučí tolik vody, jaký je celý její objem

42 Paramecium – kontraktilní vakuola Kontraktilní vakuola naplněná vodou Prázdná kontraktilní vakuola

43 Paramecium – kontraktilní vakuola

44 Plasmoptýza a plasmolýza - buňky s buněčnou stěnou  = buňky rostlin, baktérií, hub (Fungi) a některých prvoků (Protista)  v hypotonickém prostředí buněčná stěna udrží tlak vody – turgor – a zabrání plasmoptýze  zdravá rostlinná buňka je silně turgidní; rostlina v nedostaku vody vadne – poklesne ji turgor  proti plasmolýze je ovšem buněčná stěna bezmocná. V hypertonickém prostředí dojde k plasmolýze, končící obvykle smrtí  bahenní rostliny mají obvykle nízkou buněčnou koncentaci, zatímco rostliny mořských břehů (jako byla kdysi řepa cukrová) vysokou koncentraci buněčného obsahu

45 Specifické proteiny usnadňují pasivní transport: usnadněná difúze (facilitated diffusion)  transportní proteiny se v mnohém podobají enzymům:  jsou vysoce specializované pro substrát  často mají i aktivní místa pro navázání substrátu  mohou přenášet molekuly jen s jistou maximální rychlostí, mohou být substrátem saturovány  mohou být inhibovány molekulami, které napodobují substrát  enzymy ovšem katalyzují chemické reakce, zatímco transportní proteiny fyzikální proces, průchod molekul přes membránu

46 Specifické proteiny usnadňují pasivní transport: usnadněná difúze (facilitated diffusion) změna tvaru proteinu na obr. b může být způsobena navázáním substrátu. protein přenáší molekuly oběma směry, takže nakonec čistý přenos jde po koncentračním gradientu

47 Specifické proteiny usnadňují pasivní transport: usnadněná difúze (facilitated diffusion)  aquaporiny usnadňují průchod vody přes membránu  gated channels – jsou transmembránové proteiny, která se otevírají a zavírají na stimul – buď chemický nebo elektrický  např. stimulace neuronu neurotransmitterem způsobí že se otevřou kanály způsobující vpád Na + iontů do buňky

48 Aktivní transport přenáší látky proti koncentračnímu gradientu  usnadněná difúze pouze pomáhá zvýšit rychlost pohybu látek po koncentračním gradientu, ale nemění směr transportu  proteiny, účastnící se aktivního transportu ale mohou pumpovat látky i proti jejich koncentračnímu gradientu  aktivní transport vyžaduje energii

49 Aktivní transport - sodnodraselná pumpa  v živočišných buňkách je mnohem větší koncentrace K + než v okolním prostředí a naopak mnohem nižší koncentrace Na + než v extracelulární tekutině  buňka sama aktivně pumpuje sodné ionty ven z buňky a draselné naopak dovnitř buňky  jedním z těchto systémů je sodnodraselná pumpa, která přenáší v jednom úkonu dva ionty draslíku dovnitř a tři ionty sodíku ven za spotřeby ATP

50 Sodnodraselná pumpa

51 Některé typy aktivního transportu způsobují na plasmatické membráně vznik elektrického napětí  všechny buňky mají na svých membránách určité elektrické napětí, což je způsobeno oddělením různě nabitých látek plasmatickou membránou  cytoplasma buňky je vždy vzhledem k extracelulární negativně nabitá  membránový potenciál kolísá mezi –50 po –200 mV (mínus znamená, že vnitřek buňky je záporný)

52 Elektrochemický gradient  pasivní pohyb iontů přes membrány tedy ovlivňují dvě síly:  koncentrační gradient  elektrický gradient (=efekt membránového potenciálu na pohyb iontů)  když se např. v neuronu otevřou kanály pro sodíkové ionty, tyto Na + ionty prudce vpadají do neuronu jak po koncentrační gradientu, tak i po elektrickém gradientu

53 Elektrochemický gradient  některé membránové proteiny aktivního transportu ovšem způsobují i elektrický gradient  sodnodraselná pumpa čerpá vždy v jednom kole tři ionty sodíku ven proti dvěma iontům draslíku dovnitř a přispívá tak ke vzniku elektrického gradientu  tyto přenašeče se nazývají elektrogenní pumpy  kromě sodnodraselné pumpy je nejhojnějším přenašečem protonová pumpa, která čerpá protony H + ven z buňky

54 Protonová pumpa

55 Pasivní a aktivní transport - srovnání

56 Kotransport  pumpa spotřebovávající ATP může nepřímo ovlivnit i trasport jiných látek v rámci tzv. kotransportu  např. rostliny užívají transport protonů ven z buňky ke kotransportu těchto protonů spolu s aminokyselinami či cukry dovnitř buňky

57 Kotransport  sacharosa se tak dostává do buňky proti koncentračnímu gradientu, ovšem pouze tehdy, pronikne-li do buňky spolu s protonem  rostliny užívají tento sacharoso-H + kotransport pro přenos nafotosyntetizovaných cukrů do listových cévek

58 Exocytóza a endocytóza transportují velké molekuly  exocytóza = transportní vezikl z Golgiho aparátu putuje k plasmatické membráně a nakonec s ní splývá – obsah veziklu se tak vylije do mezibuněčného prostoru  tímto způsobem putuje ven z určitých pankreatických buněk insulin,vylévají se neurotransmittery z neuronů či vznikají buněčné stěny u rostlin  endocytóza = plasmatická membrána se vchlipuje dovnitř, až vytvoří vezikl uvnitř buňky

59 Existují tři typy endocytózy: fagocytóza, pinocytóza a endocytóza zprostředkovaná receptorem  Fagocytóza („cellular eating“)– buňka pomocí panožek obklopí danou látku; vznikne útvar, který může být označen jako potravní vakuola

60 Existují tři typy endocytózy: fagocytóza, pinocytóza a endocytóza zprostředkovaná receptorem  Pinocytóza („cellular drinking“) – buňka nespecificky pohltí část extracelulární tekutiny do malých váčků

61 Existují tři typy endocytózy: fagocytóza, pinocytóza a endocytóza zprostředkovaná receptorem  endocytóza zprostředkovaná receptorem: látky z extracelulárního prostoru se specificky naváží na transmembránové proteiny, které se obvykle v membráně vyskytují ve shlucích  celá struktura se pak zanoří dovnitř buňky až vnikne vezikl  z něj se pak v buňce uvolňují přenesené látky  tímto způsobem může buňka získat i látky, které nejsou v extracelulární tekutině příliš koncentrované

62 Existují tři typy endocytózy: fagocytóza, pinocytóza a endocytóza zprostředkovaná receptorem  endocytóza zprostředkovaná receptorem: tímto způsobem např. lidské buňky vychytávají cholesterol, který využívají jako složku plasmatické membrány a jako prekurzor ke tvorbě steroidních hormonů  cholesterol putuje v krvi v komplexu lipidů a proteinů, tzv. LDL = Low Density Lipoproteins, na které existují v buňkách specifické receptory

63 Hypercholesterolemie  u lidí postižených genetickou chorobou hypercholesterolemií, je defektní receptor na povrchu buněk a LDL nemohou do buňky vstoupit. LDL se tak ukládají ve stěnách cév za vzniku aterosklerózy

64

65 Endocytóza zprostředkovaná receptorem

66 Opakování: Transport přes membránu (u živočišné i rostlinné buňky)

67 Opakování:Transport přes membránu (u živočišné i rostlinné buňky) - příklady

68 Opakování: Exocytóza a endocytóza (u živočišné i rostlinné buňky)

69

70 Plasmatická membrána  silná okolo 8 nm – cca 8 000x tenší než list papíru  je selektivně permeabilní (propustná)  při vzniku života byl možná vznik membrány obalující látky odlišné od vnějšího prostředí rozhodujícím krokem směrem k životu

71 Plasmatická membrána  hlavními složkami jsou fosfolipidy a proteiny  že se jedná o fosfolipidovou dvojvrstvu objevili Holanďané Gorter a Grendel v roce 1925  1935 Dawson a Danieli navrhují tzv. sendvičový model – ten se udržel až do 1972  plasmatická membrána poprvé viděna v elektronovém mikroskopu 1950

72 Plazmatická membrána (= plazmalema)  Je tvořena lipoproteiny a bílkovinami. Membránové lipidy mají amfifilní charakter = mají část hydrofobní a hydrofilní  Hovoříme o modelu tekuté mozaiky Plazmatická membrána (fotografie z el. mikroskopu)

73 Plazmatická membrána (= plazmalema)

74  Regulace transportu látek mezi buňkou a prostředím  Regulace tvorby buněčné stěny  Reakce buňky na podněty vnějšího prostředí

75 Fosfolipidová dvojvrstva  Plazmatická membrána má v průřezu 5 – 10 nm  Tento typ membrány tvoří kromě plazmalemy též membrány jádra, endoplazmatického retikula, vakuoly, mitochondrií, plastidů a Golgiho aparátu

76 Fosfolipidová dvojvrstva  Hydrofilní část  Hydrofóbní část

77 Struktura a syntéza fosfoglyceridů

78 Fosfoglyceridy = glycerolfosfolipidy  je přesnější název než zaužívané fosfolipidy  v buňce existuje cca 100 druhů různých glycerolfosfolipidů

79 Plazmatická membrána  Membránové bílkoviny rozlišujeme na integrální (prostupují celou plazmalemou) a periferní (jsou jen na jedné straně membrány) Integrální protein Molekuly cholesterolu pomáhají stabilizovat fosfolipidovou dvojvrstvu

80 Nepolární, hydrofobní oblasti pomáhají ukotvit protein v membráně Molekuly cholesterolu se nachází pouze v membráně živočišných buněk

81 Plazmatická membrána

82 U živých rostlinných buněk je cytoplazmatický obsah v pohybu. Tento pohyb je označován jako cytoplazmatické proudění nebo jako cyklóza

83 Endomembránový systém  Mikrotělíska = kulovité drobné organely ohraničené fosfolipidovou membránou. Mohou obsahovat krystaliské proteiny  Patří sem peroxizomy – obsahují enzym katalázu štěpící peroxid vodíku. Podílejí se na fotorespiraci  Glyoxyzomy – přeměna tuků na sacharidy během klíčení semen  Sférozómy = kapénky tuků ohraničené membránou  Oleozómy = kapénky olejů ohraničené membránou

84 Vakuoly Druhy vakuol: potravní vakuola prvoků kontraktilní vakuola pomáhá sladkovodním prvokům pumpovat vodu ven z těla centrální vakuola u starších rostlinných buněk

85 Vakuola  Membrána se nazývá tonoplast  Vznikají z endoplazmatického retikula a Golgiho aparátu v buňkách apikálních meristémů V mladých buňkách je množství malých vakuol. Dospělá obsahuje zpravidla jednu centrální vakuolu, která vyplňuje až 90% objemu buňky

86 Vakuola  Vakuoly obsahují:  Meziprodukty buněčného metabolismu (aminokyseliny, cukry…)  Ionty (K +,Na +, Ca 2+, Cl -, NO 3 - )  Rezervní látky (sacharidy, bílkoviny)  Barviva rozpustná ve vodě (antokyany a flavony /prvosenky, citróny/)  Alkaloidy (nikotin, kofein, kokain, kolchicin, kodein, morfin)  Funkce  Udržování stálosti cytoplazmy (např. pH)  Zásobní  Odpadní – ukládají se zde zplodiny buněčného metabolismu

87 Endomembránový systém - shrnutí


Stáhnout ppt "2008. Dějiny Sendvičový model a model tekuté mozaiky  problémy sendvičového modelu: 1. ne všechny membrány vypadají stejně, např. membrána mitochondrií."

Podobné prezentace


Reklamy Google