Mембранный транспорт роль Na K Ca Движение

Mембранный транспорт роль Na, K, Ca

Движение молекул через мембрану Сторона 1 Сторона 2 Диффузия (пассивна или облегчена): происходит самопроизвольно Активный траспорт: требует дополнительной энергии

Пассивная диффузия нейтральных частиц Происходит без участия специальных белков Молекулы перемещаются в направдении уменшения концентрационного градиента – из области с большей концентрацией в область с меньшей концентрацией. Для этого не требуется использования внешних источников энергии Сторона 1, концентрация c 1 Сторона 2, концентрация c 2 [c 2] DG = RT ln [c 1]

Пассивная диффузия заряженных частиц z = заряд частиц DY= разница потенциалов вдоль мембраны (В) F = константа Фарадея

Катионные каналы, которые регулируются потенциалом • В зависимости от типа клеток, потенциал мембраны составляет – 20 ÷ -200 м. В • Функционирование канала характеризуется тремя состояниями: - закрытое - открытое - неактивное Переходы одного состояния в другой сопровождаются изменениями конформации канала

Облегченная диффузия • Во время диффузии вещество движется только в термодинамически разрешенном направлении • Есть случаи, в которых при отрицательных значениях ΔG, вещество не может проникнуть через мембрану из-за существования кинетического барьера (особенно для заряженных веществ) • Для преодоления этого барьера, некоторые специфические белки могут “облегчать“ транспорт путем увеличения его скорости v • Существуют две разные кривые, которые соответствуют случаям: (1) Вещество проходит только в разрешенном направлении ( в направлении градиента концентрации) (2) Для транспорта характерна кинетика насыщения [С]

Особенности переносчиков, которые принимают участие в процессе облегчения диффузии Содержат многочисленные трансмембранные участки (a-спирали, 21 -25 рядов), например, 12 трансмембранных фрагментов для переносчиков глюкозы, 14 - для переносчиков анионов Каналы, образованные транспортерами, обеспечивают окружение, комплементарное природе веществ, которые транспортируются. Например, каналы для переноса глюкозы покрыты гидрофильными остатками, а каналы для переноса анионов – гидрофильными и основными остатками Переносчики глюкозы в эритроцитах Снаружи Гидрофильный канал Внутри Переносчики анионов в эритроцитах Снаружи Но: каналы не должны обеспечивать слишком “благоприятное” оружение веществ внутри мембраны Внутри

Системы активного транспорта • Транспорт веществ против градиента концентраци требует дополнительной энергии. • Источниками энергии являются: – ATФ; – свет; – градиент концентрации другого вещества. • Источник энергии и транспорт всегда “работают в паре" Сторона 2, Сторона 1, концентрация c 2 c 1

АТФ-зависимый активный транспорт: ATФ-азы Насосы, которые используют энергию АТФ гидролаз (ATФ-азная активность) для переноса ионов через мембрану, состоят, минимально, из 2 доменов: ATФ-aзный домен (цитозольный) Ион-селективный трансмембранный домен. В трансмембранном домене ATФ-гидролазы претерпевают конформационные изменения, что обеспечивает возможность движения ионов через мембрану Присуствует очень большое количество структурно-родственных белков Примеры: Na+/K+ ATФ-азы, Ca 2+ ATФ-азы, H+ ATФ-азы

Снаружи [Na+] = 140 м. M [K+] = 5 м. M 2 K+ Участок гликозилирования b b 3 Na+ • • Внутри [Na+] = 10 м. M [K+] = 100 м. M Na+/K+ ATФ-азы (натриевый насос) • a 2 b 2 структура (a субодиница 120 k. Да, b субодиница 55 k. Да) Внутри клетки поддерживается низкая концентрация ионов Na+ и высокая – K+ • Важен для всех органов, особенно для нервной ткани и головного мозга • Одна молекула ATФ выводит из клеток 3 иона Na+ и вводит 2 иона K+ электрогенный транспорт

Схема действия калиево-натриевого насоса

Строение натриевого насоса b субединица: a субединица: • одна трансмембранная спираль • 10 трансмембранных спиралей • большой цитоплазматический домен • большой внешнеклеточный гликозилатный домен (область прохождения гидролиза АТФ и фосфорилирования)

Модель Na+, K+ транспорта, осуществляемого с помощью натриевого насоса • Гидролиз АТФ происходит собразованием энзим-аспаратил фосфатного интермедиатаа • Механизм включает две конформации фермента, • известные как Е 1 и Е 2 ATP Pi Pi ATP + Pi K+ Na+ Pi Pi +ADP ATP ATP

Сердечные гликозиды: мощные ингибиторы натриевого насоса

Транспорт ионов кальция в мышцах • При расслаблении мышц низкий уровень ионов Ca 2+ в цитоплазме поддерживается с помощью Ca-ATФ-азы - Ca 2+ насоса Саркоплазматический ретикулум • Ca 2+ поступает в саркоплазматический ретикулум (СР) с помощью протеина с М = 110 к. Д, идентичного субодинице Na+ , K+-ATФ-азы Миофибриллы • Ионы Ca 2+ опосредуют сокращение мышц Плазматичная мембрана

Транспорт ионов Ca 2+ в мышцах, аналогичный транспорту ионов Na+ , K+ цитозоль • Сa 2+ поступает в саркоплазматический ретикулум (СР) с помощью протеина с М = 110 к. Д, идентичного субединице Na+ , K+ - АТФ-азы • Aспартилфосфорилированный Е-Р интермедиат, который образуется в Asp-351 в Ca-насосе соответствует модели E 1 - E 2, которая используется в натриевом насосе Внутренняя часть СС

Конформационные изменения в Ca 2+ ATФ-азе Цитозоль Stalk Саркоплазмотический ретикулум Несвязанный с Ca 2+ Связанный с Ca 2+

Желудочные H+, K+ ATФ-азы Ферменты поддерживают в желудке p. H 0. 8 • Клетки слизистой оболочки желудка (стенки) имеют внутренний p. H 7. 4 • H, K-ATФ-азы откачивают протоны из этих клеток в желудок для того, чтобы поддерживать значения p. H плазматической мембраны, которое равно 6. 6 • Это наибольший градиент концентрации прохождении ионов через мембрану в эукариотических организмах Во многих отдношениях похожи на Na+ K+-ATФ-азы и Ca 2+- ATФ-азы •

Oстеокластовые протонные насосы Механизм переформирования костей в организме • • Материал костей является динамичным остеобласти: клетки, из которых построены кости (фосфат кальция); • остеокласты: клетки, которые их разрушают; • остеокласты функционируют с помощью секреции кислоты в пространстве между мембраной остеокластов и поверхностью кости – кислота растворяет Ca-фосфатную матрицу внутри кости

MDR ATФ-азы (MDR = Multidrug resistance) В клетках животных существуют транспортные системы, способные распознавать чужеродные органические молекулы Такие органические молекулярные насосы могут распознавать большое число разных видов молекул и выводить их из клеток, используя для этого энергию гидролиза АТФ (Но при лечении раковых опухолей молекулы препарата также могут быть распознаны как чужеродные)

MDR ATФ-азы являются представителями “суперсемейства“ генов/протеинов, которые возникли как “повтор тандемов" MDR AТФ-азы уменьшают лечебный эффект химиотерапии

Вторичный активный транспорт Принцип действия: • Для создания градиента концентрации молекул А, которые проходят сквозь мембрану, используется энергия гидролиза АТФ • Одновременное движение молекул А (идет в направлении градиента концентрации) и молекул В (идет против градиента концентрации) Котранспорт [A]high [A]low [B]high A = Na+ B = Глюкоза

Вторичный активный транспорт • Наиболее часто движущей силой транспортных процессов является градиент концентраций ионов Аминокислоты и сахара накапливаются в клетках в результате транспортных процесов, обусловленных ионными градиентами Симпорт – ионы и аминокислоты или сахара переносятся через мембрану в одном направлении • Антипорт – ион и молекула, которые транспортируются, движутся в противоположных направлениях: [A]low [B] low [A]high [B]high

Механизм симпорта Симпорт (сопряженный транспорт) Одновременный перенос двух веществ в одном направлении через подвижный липидный слой мембраны Пример: транспорт аминокислот или глюкозы вместе с ионами натрия в эпителиальных клетках кишечника

Множественная лекарственная устойчивость МЛУ Multidrug Resistance MDR

МЛУ (MDR) – вид лекарственной резистентности клеток опухоли. Это - феномен, для которого свойственна широкая перекрестная устойчивость (кросс-резистентность) клеток к различным веществам, кросс-резистентность) несходным по химической структуре и механизму действия. При развитии МЛУ в клетках происходит три группы основных изменений: 1. Снижение накопления клетками цитотоксических веществ; 2. Изменение активности или экспрессии определенных клеточных белков, 3. Изменения в структуре клеточной мембраны , структуре характеристик внутриклеточного транспорта мембранных элементов (структура и функционирование лизосом ). Молекулярные механизмы МЛУ множественны от ограничения накопления лекарства внутри клетки до отмены программы гибели клетки, индуцируемой веществом. Наиболее изученными механизмами являются активация трансмембранных транспортных белков , выводящих различные вещества из клетки, активация ферментов системы глутатиона , детоксифицирующей препараты; изменения генов и белков, контролирующих апоптоз и выживаемость клетки (р53 и Вс1 -2 ). (р53

Белок p 53 —транскрипционный фактор, регулирующий клеточный цикл. В не мутировавшем состоянии выполняет функцию супрессора образования злокачественных опухолей. Мутации гена p 53 обнаруживаются в клетках около 50 % раковых опухолей. Следовательно, ген p 53 можно считать протоонкогеном. Его называют «страж генома» . Активация белка р53 прoисходит в ответ на многочисленные стрессовые стимулы: непосредственные повреждения ДНК; повреждения аппарата сегрегации генетического материала; уменьшение концентрации свободных рибонуклеотидов; гипоксия; тепловой шок; высокая концентрация NO; ионизирующее излучение Тетрамер белка p 53, связанный с ДНК. Белок p 53 в опухоли