Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

4.ročník biochemie BENG - membrány Biomembrány. Membrány a buňka BENG-membrány Obecné vlastnosti a struktura.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "4.ročník biochemie BENG - membrány Biomembrány. Membrány a buňka BENG-membrány Obecné vlastnosti a struktura."— Transkript prezentace:

1 4.ročník biochemie BENG - membrány Biomembrány

2 Membrány a buňka BENG-membrány Obecné vlastnosti a struktura

3 Buněčné membrány BENG-membrány Rostlinná buňka (lilie) Živočišná buňka (jaterní)

4 Membrány - struktura BENG-membrány

5 Membrána - model BENG-membrány

6 Membrány přeměnující energii * na těchto membránách je syntetizován největší podíl ATP (něco málo i v cytoplazmě) * obsahují 2 odlišné typy protonových pump 1) PRIMÁRNÍ - velmi různorodé podle zdroje energie 2) SEKUNDÁRNÍ - vysoce konzervované - oba systémy jsou velmi těsně spřaženy TYPY: * plasmatická membrána prokaryot * vnitřní membrána mitochondrií * membrány thylakoidů v chloroplastech BENG-membrány

7 Přehled membrán Přehled membrán ( P = positive, strana kam jsou protony čerpány ) BENG-membrány

8 Chemiosmotická teorie - základ „ Hypotetický“ thylakoid - chemiosmotické spřažení přenos protonů a syntézy/hydrolýzy ATP BENG-membrány Přídavek ATP = čerpání protonů Ustavení rovnováhy Odstranění ATP = tok protonů ven a syntéza ATP (užitečná práce) 1)pokud pracuje prim.pumpa 2) pokud spotřeba ATP a přísun ADP/P Dynamická rovnováha (reverzibilita reakcí a toků) - systém nekoná užitečnou práci

9 Tok elektronů a protonů Tok protonů -analogie elektrických obvodů s tokem e -  p  VJ H+  IC M H+  vodivost BENG-membrány „ATPasa - spotřebič protonového proudu“

10 Vlastnosti membrán Důležité vlastnosti membrán: a) resistence průchodu protonů („protonový odpor“) „protonofory“ (uncouplers, rozpojovače) - pozorovány dávno před Mitchellem - způsobují „zkrat“ v obvodu protonů b) transportní systémy pro metabolity * transport negativně nabitých látek látky do MTCH * současný přenos s H + nebo OH - BENG-membrány

11 Mitochondrie 1 BENG-membrány Mitochondriální a submitochondriální částice Klasický „obraz“ – zmrazené preparáty a TEM

12 Mitochondrie 1 BENG-membrány Mitochondriální a submitochondriální částice - dynamicky se měnící tvar v různých typek buněk podle jejich aktivity - těsný kontakt s ER (intenzivní výměna Ca 2+ iontů ) - malý kontakt mezi kristami a mezimembránovým prostorem (měření HREM a 3D modely PT)

13 Mitochondrie - jak je neznáme... BENG-membrány Pohled shora: Lamelární topologie 4 segmentovaných krist mezi vnější a vnitřní membránou Boční pohled: Otvory spojů krist (černě) spojují mezimembránový prostor s intrakristálním prostorem Elektronová tomografie mitochondrií (National Center for Microscopy and Imaging Research at UCSD)

14 Mitochondrie - jak je neznáme... BENG-membrány Nové otázky: - gradienty metabolitů (ADP) v kristách ? - izolované kulovité kristy ? - vztah k patologickým vztahům ? - propojení MTCH / EPR 3D model MTCH (krysí játra) - interkonektivita krist - tubulární tvar NormálníMyopatie

15 Mitochondrie 2 BENG-membrány Mitochondrie v různých typech buněk: NEURONY - diskrétní filamenta v cytoplazmě - mobilní podél axonů a dendritů difúzní koeficient ~0.8 µm 2 /s (2-4x pomaleji než v roztoku) SVALOVĚ BUŇKY - velké množství krist

16 Mitochondrie - sval BENG-membrány Mitochondrie svalových buněk

17 Mitochondriální membrány BENG-membrány - vnějšínespecifické póry pro metabolity < 10kDa „poriny“ (VDAC, voltage dependent anion channels) x není membránový potenciál - vnitřní„energy transducing“ - dýchací řetězec a ATPasa speciální transportní mechanismus pro proteiny značení orientace membrány: N-side (negative): do matrix P-side (positive): do mezimembránového prostoru POZOR: u submitochondriálních preparátů přípravených sonikací dochází k inverzi!!

18 Respirující baktérie Gram-negativní bakterie (velikost cca jako MTCH) * membrána oddělena od peptidoglykanové stěny periplasmem Gram-pozitivní bakterie * membrána přiléhá přímo k vnější buněčné stěně ROZDÍLY: - mnoho látek neprochází vnější membránou Gram-negativních - ADP/ATP a NAD+/NADH neprochází cytoplasmatickou membránou - obtížné „vyhladovění“ - odstranění vnitřních substrátů - studium transportu metabolitů komplikováno jejich možnou přeměnou BENG-membrány

19 Membrána Gram-negativní baktérie BENG-membrány

20 Chloroplasty BENG-membrány

21 Chloroplasty - thylakoid velikost: 4-10  m průměr, 1-2  m tlouštka BENG-membrány

22 Membrána thylakoidů - lumen tvoří oddělený prostor od mezimembránového prostoru - ATP a NADPH používány ve stroma k fixaci CO 2 - „broken chloroplast“ - bez vnější membrány a stromatu BENG-membrány

23 Purpurová baktérie Rhodobacter Nejstudovanější skupina: a) tvorba „chromatoforů“ b) snadné studium * malá velikost * opticky jasné suspenze c) snadná izolace reakčních center BENG-membrány

24 Obecné vlastnosti BENG-membrány Lipidická dvojvrstva membrán: A)nepropustná pro většinu iontů včetně H + vysoký odpor (potenciál 200mV = elektrické pole V/cm -1 ) B) propustná pro řadu nenabitých látek 0 2, CO 2, NH 3, octanový anion (využito pro studium pH gradientů) C) polární molekuly vody: aquaporiny = vodupropustné kanály (Peter Agre – Nobelova cena 2003)

25 Aquaporiny BENG-membrány

26 Transport iontů BENG-membrány - Transport iontů integrální součást chemi-osmotické teorie -Membrány přeměňující energii mají obecně shodné vlastnosti jako všechny ostatní buněčné membrány -Pro transport musí existovat hnací síla Typy transportu: 1)Difúze lipidickou vrstvou x přenašeč (ionofor, protein) 2)Pasivní přenos x energetické spřažení (aktivní transport) 3)Jediný ion x spřažený přenos 2 a více iontů 4)Dochází k výslednému přenosu náboje ?

27 Transport iontů 1 BENG-membrány

28 Transport iontů 2 BENG-membrány

29 Specifika energetických membrán 1 BENG-membrány Ad 1) difúze x přenašeč Proteinové složení Vnitřní MTCH : 50% plochy integrální proteiny!! 25% periferální proteiny, 25% lipidy - přenašeče v MTCH krysích játer x nejsou v MTCH srdce Lipidové složení * Vnitřní MTCH: 20% kardiolipin (fosfolipid) - vysoká elektrická izolace, struktura, náboj x Barthův syndrom * Thylakoid: 16% kardiolipin 40% galaktolipidy 40% fotopigmenty kardiolipin

30 Specifika energetických membrán 2 BENG-membrány Ad 2) pasivní x spřažený transport Pro stejný iont existují různé mechanismy ! * sarkoplasmatické retikulum – iontová pumpa Ca 2+ - ATPasa * vnitřní MTCH membrána – uniport pro Ca 2+ /Na + poháněný  „Aktivní“ transport – pouze přenos katalyzovaný proteiny může být přímo spřažen s metabolismem

31 Specifika energetických membrán 3 BENG-membrány Ad 3) uniport, symport a antiport Příklady: Bakteriální membrána:symport H + /metabolity do buňky Lipidické dvojvrstvy: antiport K + /H + s nigericinem Obtížné experimentální rozlišení H+/OH- např. fosfátový přenašeč je P - /OH - antiport nebo P - /H + symport ? Jeden ion se může účastnit více blízce spjatých drah: Na + uniport (kanály aktivované membránovým potenciálem) Na + symport (ko-transport s glukosou) Na + antiport (přenašeč 3Na + /Ca 2+ )

32 Specifika energetických membrán 4 BENG-membrány Ad 3) elektroneutrální x přenos náboje Celkově elektroneutrální přenos x na molekulární úrovni dochází k neustálému přenosu náboje Jedna dráha přenosu se může podle podmínek chovat jako: elektrogenní = vytvářející elektrický potenciál na membráně elektroforetická = přenos iontů na úkor elektrického potenciálu

33 Ionofory Funkce ionoforu = snížení aktivační energie potřebné pro zanoření polární látky do nepolární lipidické vrstvy a) Přírodní – antibiotika b) Syntetické – studium vlastností membrán a transportu iontů látky MW cca Da, hydrofobní povrch a hydrofilní jádro Mechanismus: 1)mobilní přenašeče: rychlost cca 1000 iontů/s -1, vysoká specifita pro ionty, ovlivněny fluiditou membrány 2)tvorba kanálů: nízká diskriminace mezi ionty x vysoká rychlost cca 10 7 iontů/s -1 BENG-membrány

34 Přenos náboje bez přenosu H + Valinomycin (Streptomyces) * (L-Val-D-hiVA-D-Val-D-Lac) 3 * uniport Cs +, Rb +, K +, NH 4 + * přenos Na x menší než K + * volný Val i nabitý komplex prochází membránou * katalytická účinnost M Gramicidine * přechodná tvorbu dimerů - kanály * nízká selektivita pro jednomocné kationty * rychlost limitována pouze difúzí (cca 10 7 iontů/s -1 ) BENG-membrány HCO-L-Val-Gly-L-Ala-D-Leu-L-Ala-D-Val-L-Val-D-Val-L-Trp-D-Leu-L-Trp-D-Leu-L-Trp-D- Leu-L-Trp-NHCH2CH2OH

35 Valinomycin a gramicidin – přenos iontů BENG-membrány

36 Ionofory pro Ca 2+ A23187 * vysoká afinta pro Ca 2+ Calcium ionophore IV (Sigma) BENG-membrány

37 Přenos H + bez přenosu náboje Nigericin * tvorba hydrofilní kapsy O-heterocykly * při vazbě kationtu ztrácí H + * obě formy prochází membránou Monensin * preference pro Na+ BENG-membrány

38 Protonofory - přenos H + a náboje FCCP = carbonylcyanide-p-trifluoromethoxyphenyl-hydrazone BENG-membrány „rozpojovače, přenašeče H + “ - průchod díky systému  -elektronů - zvýšení propustnosti membrány pro protony vede ke zkratu obvodu a rozpojení tvorby  p od syntézy ATP - zvýšení protonové vodivosti těmito látkami bylo v souladu s chemiosmotickou teorií - rozpojení může být dosaženo kombinací ionoforů -např. valinomycin a nigericin

39 Příklady funkce – nigericin a FCCP c) Elektroneutrální přenos H+ d) Cyklování protonoforu BENG-membrány

40 Lipofilní kationty a anionty TPP + = tetrafenylfosfoniový kation TPB - = tetrafenylborátový anion Využití schopnosti  -elektronů „odstiňovat“ elektrický náboj při průchodu lipidickou dvojvrstvou VÝZNAM: - nejsou ionofory, ale akumulují se při existenci membránového potenciálu = experimentální odhad  - fluoreskující lipofilní kationty – sledování MTCH in vitro i v živých buňkách BENG-membrány

41 TPP a TPB TPP + TPB - BENG-membrány

42 Transportní proteiny Specifika: 1)Analogie enzymům (inhibice, stereospecifita, genetika) 2)Individuální, orgánová a tkáňová odlišnost (např. citrátový přenašeč – pouze jaterní MTCH) Používání synonym pro transportní proteiny: „Přenašeče“ x neodpovídá funkci přenašeče definované u ionoforů „Permeasy“, „Translokasy“ - Většina transportních proteinů tvoří dimery a přenos látek se děje konformačními změnami proteinů BENG-membrány

43 „Kyvadlová doprava MTCH- CYT“

44 Osmotické bobtnání MTCH a) probíhá vždy, pokud nejsou MTCH v isotonickém prostředí, které navíc neobsahuje permeabilní ionty b) zahrnuje rozvinutí vnitřní membrány až do prasknutí vnější membrány c) pozoruje se jako změny optických vlastností suspenze MTCH BENG-membrány Základní princip: pouze malé odchylky od rovnovážného rozdělení iontů – vznik velkých potenciálů (1 nmol iontu =  >200mV)

45 Bobtnání MTCH – ionofory a metabolity 1 1) nepropustnost Cl - BENG-membrány

46 Bobtnání MTCH – ionofory a metabolity 2 1) nepropustnost Cl - 2) propustnost SCN - BENG-membrány

47 Bobtnání MTCH – ionofory a metabolity 3 1) nepropustnost Cl - 2) propustnost SCN - 3) reflux H + po FCCP BENG-membrány

48 Bobtnání MTCH – ionofory a metabolity 4-5 4) FCCP nutný pro H + tok BENG-membrány 5) srovnej s nigericinem

49 Bobtnání MTCH – ionofory a metabolity 6-7 6) propustnost pro acetát BENG-membrány 7) kontrakce po přídavku nigericinu a substrátu: propustnost pro NO 3 -

50 Fyziologický význam bobtnání MTCH Přídavek TNF-  ke kultuře lidských hepatocytů: 1)Tvorba ROS (změna červená – žlutá-zelená barva) 2)Bobtnání MTCH = změny v propustnosti vnitřní membrány BENG-membrány

51 Příště: Vzpomínky na fyzikální chémii


Stáhnout ppt "4.ročník biochemie BENG - membrány Biomembrány. Membrány a buňka BENG-membrány Obecné vlastnosti a struktura."

Podobné prezentace


Reklamy Google