Přenos látek přes membránu Mgr. Jaroslav Najbert

Označení vzdělávacího materiálu Vzdělávací oblast Vzdělávací obor Název školy Gymnázium a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Svitavy Adresa školy Sokolovská 1638 IČO 620 330 26 Operační program Operační program Vzdělávání pro konkurenceschopnost Registrační číslo CZ.1.07/1.1.28/01.0050 Označení vzdělávacího materiálu K_INOVACE_1.CH.29 Vzdělávací oblast Člověk a příroda Vzdělávací obor Chemie Tematický okruh Metabolismus Zhotoveno červen 2012 Ročník Vyšší stupeň osmiletého gymnázia a čtyřleté gymnázium (RVP – G) Anotace Materiál je určen jako studijní v předmětu biochemie, který integruje vzdělávací obory biologie a chemie. Je zaměřen na význam semipermeabilní membrány pro metabolické děje. Předpokládá zvládnutí učiva buněčné biologie vzdělávacího oboru biologie.

Membránové děje Z hlediska fyzikálně chemických procesů je vnitřní prostředí živých organismů charakterizováno jako disperzní soustava, vzhledem k odlišným vlastnostem na různých místech polydisperzní – dispergované fáze různých typů a vlastností. Toto rozdělení udržováno semipermeabilní membránou (výběrově, polopropustná) – rozděluje prostor na extra a intra. http://www.youtube.com/watch?v=moPJkCbKjBs&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=Rl5EmUQdkuI&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=GW0lqf4Fqpg&feature=related Semipermeabilní membrána umožňuje udržování různých koncentrací látek na opačných stranách membrány.

Přenos látek přes membránu Prostá difůze Pasivní Usnadněná difůze Pomocí proteinu Pomocí kanálu Uniport Aktivní Symport Antiport

Solvatace Polární látka v rozpouštědle, respektive koloidní látka s nabitým povrchem, je obklopena částicemi polárního rozpouštědla, které se orientují opačným nábojem – tvoří primární obal, okolo něj vytvořen sekundární obal molekul rozpouštědla (izolují rozpuštěné částice) ꞊>„zvětšení“ částic rozpuštěné látky. Solvatace brání pohybu a přenosu látky přes membránu, ale zabraňuje shlukování rozpuštěných látek. Zůstávají v roztoku – lze porušit přidáním solí – rozpuštěné látky se shluknou a vyloučí. Je-li rozpouštědlem voda, mluvíme o hydrataci

Pasivní transport Látky přecházejí přes membránu ve směru svého koncentračního nebo elektrického gradientu bez využití energie – osmóza, difúze. Prostá difůze – lipofilní látky (steroidy), malé molekuly bez náboje (CO2, O2, močovina, glycerol) Usnadněná (facilitovaná) difůze – pomocí přenašečového proteinu – organické nízkomolekulární látky – pomocí kanálů – ionty http://www.youtube.com/watch?NR=1&v=JShwXBWGMyY&feature=endscreen

Aktivní transport – endocytóza Proces, kterým buňky absorbují materiál (molekuly nebo i jiné buňky) z vnějšího prostředí Fagocytóza – buňka vysílá panožky směrem proti objektu http://www.youtube.com/watch?v=aWItglvTiLc Pinocytóza – objekt je vtahován do buňky http://www.youtube.com/watch?v=InG6xF9D4EM&feature=related Endocytóza zprostředkovaná receptorem – nezbytný receptor k navázaní látky na membránu, následně spuštěna pinocytóza. http://www.youtube.com/watch?v=PifagmJRLZ0&feature=related Endocytóza energeticky náročná, při tvorbě váčku nutné prolnutí hydrofobní a hydrofilní části membrány – pomocí clathrinových molekul http://www.youtube.com/watch?v=eRslV6lrVxY http://www.youtube.com/watch?v=-ZFnO5RY1cU

Aktivní transport – exocytóza Proces, kterým buňky uvolňují nebo vyvrhují větší molekuly nebo struktury (obecně látky, které nejsou schopny samostatného prostupu přes plazmatickou membránu do svého okolí. K výdeji dochází při splynutí membránového transportního váčku (vesikulu) s membránou na povrchu buňky. Vylučovány látky pro buňku přebytečné (škodlivé či nepotřebné) Vysílány trávicí enzymy, hormony, u rostlin vylučování stavebního materiálu pro buněčné stěny Buňka zvětšuje svůj povrch ( fúzí s membránou měchýřku se povrch buňky zvětší o celkový povrch membránového váčku) Buňka mění ve velmi krátkém časovém období zastoupení funkčních bílkovin na svém povrchu

Aktivní transport Uniport – transport jedné částice Symport – jsou přenášeny dvě částice, obě stejným směrem Antiport - jsou přenášeny dvě částice, opačným směrem (sodíko- -draslíková pumpa http://www.youtube.com/watch?v=YA4Eng4CyZg&feature=related Energie získávána především hydrolýzou P-P vazby, případně oxidačně redukčními reakcemi. http://www.youtube.com/watch?v=ldRZcmppQM8&feature=related Semipermeabilní membrána umožňuje udržování různých koncentrací látek ne opačných stranách membrány, je tak udržován: Membránový potenciál Oxidačně redukční potenciál Protonový gradient

Membránový potenciál Rozdíl elektrického potenciálu mezi dvěma stranami biologické membrány v důsledku nerovnoměrného rozdělení iontů – vnitřní povrch nese záporný, vnější kladný. http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Basis_of_Membrane_Potential2.png Klidový membránový potenciál – u většiny živých buněk existuje klidový membránový potenciál, jehož hodnota je –30 až –90 mV (u většiny neuronů v lidském těle -70 až -90 mV). Změna koncentrace iontů vede k depolarizaci a hyperpolarizaci membrány

Oxidačně redukční potenciál Potenciál mezi různými oxidačními stupni téže látky. Důležitý při buněčném dýchání, fotosyntéze, činnosti enzymů oxidoreduktáz Dýchací řetězec http://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=Soubor:Etc2_cs.svg&page=1 Fotosyntéza http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Thylakoid_membrane.png Redox potenciál (oxidačně-redukční potenciál, elektrodový potenciál) je vyjádření míry schopnosti redox systému převést jednoho z reakčních partnerů do oxidovaného stavu. Redox potenciál vyjadřuje redukční stav systému v milivoltech a napětí mezi standardní vodíkovou elektrodou a příslušným oxidačně-redukčním přechodem. Čím má činidlo E>0, tím větším je oxidačním činidlem, čím má E<0, tím je silnějším redukčním činidlem. Oxidoreduktázy http://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=Soubor:Complex IV.svg&page=1

Protonový gradient Protonový gradient – různá koncentrace látek s acidobazickými vlastnostmi – nezbytný pro tvorbu ATP http://www.youtube.com/watch?v=Yr97niwxGHw Syntéza ATP http://www.youtube.com/watch?v=3y1dO4nNaKY&feature=related Většinou snaha zachovat stálé vnitřní prostředí v intervalu <7,28 – 7,42> – pufrační systémy. Metabolické děje obvykle vedou k acidóze.

Zdroje a použitá literatura 1. MURRAY, Robert K. <i>Harperova biochemie</i>. 23. vyd. Jinočany: H H, 2002, ix, [3], 872 s. ISBN 80-731-9013-3. 2. JAN MUSIL. Biochemie v obrazech a schématech. II., zcela přepracované vydání. Praha: Avicenum, 1990.