Documente online.
Username / Parola inexistente
  Zona de administrare documente. Fisierele tale  
Am uitat parola x Creaza cont nou
  Home Exploreaza
Upload





















































Fenomene de transport prin membrana celulara

biologie




Fenomene de transport prin membrana celulara



Structura membranei celulare




Membrana (7,5 nm) - ansamblu de structuri supramoleculare aflat la periferia celulei (sau a organitelor celulare) care separa mediul intern de cel extern (celular de interstitial) si care īndeplineste diferite functii legate īn special de procese metabolice fundamentale. Membranele vii au proprietatile de semipermeabilitate si selectivitate. Datorita acestor proprietati ele nu reprezinta simple bariere care separa 2 medii cu proprietati diferite, ci structuri active care asigura:

- transportul unor molecule, ioni, macromolecule, complexe supramoleculare, dintr-o parte īn alta a ei;

- traducere si transfer de informatie adusa de diferiti stimuli (mecanici, electrici, electromagnetici, chimici, termici etc.) prin receptorii specifici pe care īi contine;

- interconversia diferitelor forme de energie, prin enzimele sau complexele enzimatice pe care le contine.

Actualmente se accepta ca, īn general, structura membranei celulare este cea descrisa de modelul mozaicului fluid proteolipidic al lui Nicholson si Singer (1972). Conform acesui model, membrana este formata dintr-un bistrat lipidic, īn care sunt īnserate proteine si glicoproteine (fig.)






Bistratul lipidic este constituit īn special din fosfolipide (fosfatidilcolina, fosfatidilserina, fosfatidilinositol etc.) dar sunt prezente si sfingolipide, glicolipide si colesterol.


Lipidele membranare sunt:

-structuri micelare

- bistraturi (vezicule membranare sau membrane plane)(fig.)










Īn acest fel, īntre cozile hidrofobe iau nastere legaturi hidrofobe, iar capetele polare sunt expuse mediului apos. Bistratul lipidic este o structura dinamica, prezentānd fluiditate: moleculele lipidice executa miscari de translatie si rotatie. De exemplu:

-translatie īn stratul īn care se afla (difuzie laterala)

- rotatie īn jurul propriei axe

- basculare dintr-un monostrat īn celalalt

- flexie (īndoire) (fig.)





Proteinele membranare, īn functie de modul īn care se īnsereaza īn membrane sunt:

a) - proteine intrinseci (integrale) - traverseaza membrana celulara o data (glicoforina) sau de mai multe ori (exemplu - proteinele transportoare, pompe ionice constituite din mai multe a -helixuri, enzime, receptori, canale ionice

b)- proteine extrinseci (periferice) - patrund īn membrana pe o anumita distanta, pe una din cele doua fete, sau sunt atasate la suprafata membranei (receptorii membranari, proteine cu rol imunologic etc.). Ele pot participa la reactii enzimatice si semnalizare celulara, intra īn componenta scheletului membranar de la suprafata citoplasmatica a celulei, asigura legatura cu citoscheletul). Membrana celulara se sprijina pe un citoschelet alcatuit din proteine fibrilare.

De exemplu, īn cazul hematiei (fig), doua proteine Banda 3 (transportor de anioni) si glicoforina ancoreaza o retea bidimensionala de proteine fibrilare, componenta principala fiind spectrina. Ankirina se leaga atāt la spectrina cāt si la Banda 3. Filamente scurte de actina cu proteinele asociate formeaza noduri care interconecteaza reteaua de spectrina. Asigura elasticitatea membranei plasmatice a hematiei.


si proteinele prezinta miscari de difuzie laterala si rotatie, īntr-un mod mai restrictiv (depinzānd de interactiunile cu alte proteine). Unele dintre aceste miscari sunt orientate dar īn acest caz intervin proteine motoare.


Membrane artificiale (model) - permit studiul unor procese membranare. Dintre acestea mai raspāndite sunt lipozomii si bistratele lipidice (ex. BLM - membrane lipidice negre si SSM - membrane lipidice pe suport solid).


Clasificarea proteinelor integrale


Pompe ionice - enzime - utilizeaza diverse surse de energie - predominant ATP - pentru a deplasa ionii (mai ales cationi) si alti solviti prin membrana celulara. Īn general stabilesc gradienti de concentratie ai speciilor respective de-o parte si alta a membranei. Sunt implicate īn transportul activ primar.


Transportori - proteine (enzyme like) care asigura cai pasive de deplasare a diferitelor specii de solviti prin membrane conform gradientului lor electrochimic (de la concentratie mai mare spre concentratie mai mica). Unii dintre acestia, transportori uniport, asigura difuzia facilitata, tip de transport pasiv. O alta categorie etse implicata īn transportul activ secundar, respectiv translocarea unei specii conform gradientului electrochimic este insotita de translocarea altei specii contra gradientului sau electrochimic.




Canale ionice - structuri proteice care au in interior un canal cu specificitate ionica, ce poate sa se deschida si sa se īnchida tranzitoriu. Cand canalul este deschis, prin el va trece un flux de ioni cu orientare neta īn sensul gradientului electrochimic. Īn acest fel se pot controla valorile potentialului electric transmembranar si pot fi generate semnale electrice īn diferite tipuri de celule (nervoase, musculare, glandulare). Asigura transportul pasiv al ionilor.


Transport membranar


Clasificarea modalitatilor de transport membranar

1. Macrotransport (endocitoza, transcitoza, exocitoza):

2. Microtransport

- pasiv

- activ

1. Fagocitoza - proces īn care celula īnglobeaza particule de substanta solida, īnvelite īn pseudopode (prelungiri citoplasmatice) care fuzioneaza īn spatele lor.


Pinocitoza - īnvelirea picaturilor de lichid si macromoleculelor īntr-un bistrat lipidic si formarea de vezicule care fuzioneaza cu membrana celulara si prin aceasta pot fi transportate dintr-o parte īn cealalta a membranei.


Exemple: - īn terminatiile nervoase si celulele secretorii (exocitoza)(acetilcolina)

- trecerea proteinelor plasmatice din sānge īn spatiul extravascular - transcitoza prin endoteliul capilar.


2. Transportul pasiv - deplasarea moleculelor si ionilor īn sensul gradientului electrochimic sau de presiune - aparent fara consum de energie metabolica. Aparent, deoarece gradientul electrochimic respectiv este rezultatul unor procese anterioare realizate cu consum de energie.

Prin transport pasiv sistemul are tendinta de a ajunge la echilibru termodinamic. Daca īn expresia diferentei de potential electrochimic notam:

c1 = cin   c2 = cex V1 = Vin V2 = Vex obtinem:

DW = Win - Wex = RT ln cin/cex + zF (Vin - Vex)

DW > 0 - ionii au tendinta de a parasi celula;

DW < 0 - ionii au tendinta de a patrunde īn celula, daca membrana este permeabila pentru acestia. Transportul unei specii ionice īnceteaza la echilibru DW = 0:

E = Vin - Vex = (RT/zF) ln cex/cin   - ecuatia Nernst


Modalitati de transport pasiv ;

Difuzia simpla

Difuzia facilitata

Difuzia prin canale si pori


Difuzia simpla se produce prin dizolvarea speciei moleculare transportate īn membrana si depinde de raportul dintre solubilitatea substantei respective īn bistratul lipidic si solubilitatea ei īn apa, deci de coeficientul de partitie b. Cum s-a aratat, conform legii lui Fick, īn cazul membranelor coeficientul de permeabilitate P este P = bD/d.


Difuzia facilitata - se face prin utilizarea unor molecule transportoare existente īn membrana sau introduse artificial īn aceasta. Asemenea molecule transportoare au o anumita specificitate, recunoscānd specia moleculara sau ionica pe care o transporta. Exista transportori pentru glucoza, colina, pentru diferiti ioni (īn acest caz transportorul se numeste ionofor). Transportorii pot distinge speciile levogire de cele dextrogire. Ei actioneaza īn sensul gradientului electrochimic. Mecanismul de transport se bazeaza pe proprietatea transportorului de a se putea gasi īn doua stari conformationale T1 si T2. (fig.)







Molecula transportata (substratul S) se leaga pe una din fetele membranei. Se produce īn urma legarii o modificare conformationala īn starea T2 si situsul de legare este expus partii opuse (diagrama) cu scaderea afinitatii pentru specia respectiva si eliberarea acesteia. Prin eliberare se revine la conformatia initiala si ciclul se repeta. Procesul se desfasoara conform cineticii Michaelis-Menten pentru reactiile enzimatice. Un exemplu de ionofor este antibioticul valinomicina, molecula hidrofoba care poate īncorpora ionii de K+, translocāndu-i prin membrana (si Rb, mai slab). Valinomicina face ca ionii de K+ sa iasa din celula bacteriana, provocāndu-i moartea. Nigericina (K+, H+, schimb neutru).



Difuzia prin canale ionice si pori Canalele ionice sunt proteine specializate care strabat bistratul si permit trecerea unor substante care nu sunt liposolubile. Permit trecerea ionilor īn ambele sensuri si sunt selective. Pori - structuri neselective, conteaza doar diametrul particulei. Specia transportata se leaga de proteina canal, formānd un complex enzima- substrat care evolueaza pe baza cineticii Michaelis-Menten. Pentru ca ionul sa treaca dintr-o parte īn cealalta este necesar ca un canal sa fie deschis. Componentele unui canal ionic sunt (fig.): filtrul de selectivitate F, vestibulul V, senzorul S, poarta P, inactivator I. Canalele ionice prezinta o mare specificitate, filtrul nu lasa sa treaca decāt anumite specii.




Deschiderea si īnchiderea canalului sunt rezultatul unei modificari conformationale care este comandata printr-un mecanism specific. Acesta poate fi ;

- electric - modificarea potentialului membranar (canalele de Na+, K+ īn membrana axonala);

- chimic (acetilcolina, canalul de Na+, Ca++ controlat de GMPc īn membrana celulelor fotoreceptoare);

- alte mecanisme (presiune -mecanic, ex. canalul de K+ de la polul apical al stereocililor celulelor ciliate din organul lui Corti).

Cānd canalul este deschis are loc trecere pasiva a ionilor. Aceasta se poate face īn ambele sensuri, dar este predominanta īn sensul gradientului electrochimic. Canalele pot fi inhibate cu blocanti specifici - ex. toxine (tetrodotoxina - canalul de Na+). Asemenea experiente de inhibitie permit studierea proprietatilor canalelor.


Deosebiri īntre cele doua tipuri de difuzie (facilitata, canale):

- transportorii - specificitate mai mare (disting īntre L si D)(mii ioni/s);

- canalele - viteza mult mai mare (milioane - sute de milioane de ioni/s, sunt mai adecvate pentru modificari bruste;

- transportorii sunt īn numar mult mai mare;

- transportorii pot participa la transportul activ secundar.


Transportul activ - forma de transport care necesita energie metabolica - cuplare energetica imediata. Poate fi transport activ primar si transport activ secundar.


Transportul activ primar

Se realizeaza cu ajutorul pompelor ionice membranare, structuri proteice transportoare din clasa proteinelor integrale. O pompa ionica este caracterizata prin prezenta unui centru activ cu acces alternativ spre partea extracelulara si spre cea citoplasmatica. Accesul este modificat ca urmare a unei tranzitii conformationale.


Clasificarea pompelor ionice:

- Pompe ionice activate de lumina (proteine retinale cum ar fi bacteriorodopsina BR sau halorodopsina, proteine Fotoredox)

- ATP-aze ( familia F0F1, familia ATP-azelor de tip P, familia transportorilor ABC) care folosesc energia provenita din hidroliza ATP pentru a transloca diferite specii de pe o parte pe alta a membranei celulare.


Pompe ionice activate de lumina


Cel mai cunoscut si mai bine studiat membru al familiei este bacteriorodopsina, membru al familiei proteinelor retinale din care fac parte si rodopsinele vizuale. Bacteriorodopsina este o pompa protonica activata de lumina, prezenta īn bacteria Halobacterium salinarum, si care transporta protoni protoni din citoplasma īnspre exteriorul celulei. Gradientul protonic astfel creat activeaza o ATP-sintaza.


ATP-azele


Familia F0F1 are la rāndul sau doua subfamilii: F0F1 sau F-ATP-aze- activeaza sinteza ori hidroliza ATP īn functiile de conditiile mediului si V0V1 sau V-ATPaze- controleaza acidifierea continutului diferitelor vezicule - transporta protoni. Se gasesc īn sistemul vacuolar al eucariotelor.

F- ATP azele se gasesc īn eubacterii, mitocondrii, cloroplaste si utilizeaza gradienti de protoni creati de alte proteine membranare (redox sau activate de lumina) pentru sinteza ATP (ex. ATP-sintaza). Au doua parti (fig.), F1 globulara, solubila īn apa, catalizeaza (subunitatile beta) hidroliza sau sinteza ATP īn functie de conditii. Subunitatile C sunt cele prin care trec protonii. La trecerea protonilor se roteste partea globulara si prin rotire se stabileste o conformatie favorabila sintezei de ATP. Invers, cānd exista ATP mult, acesta este hidrolizat si se elibereaza energie care duce la rotatia subunitatilor C. Astfel este favorizat transportul de protoni. Mecanismul transportului de protoni īn subunitatile C nu este cunoscut.



V-ATP azele   sunt exclusiv pompe protonice, nu pot sintetiza ATP, doar īl hidrolizeaza. Au structura asemanatoare cu cea a poteinelor F-type.


Familia ATP-azelor de tip P (ATP-aze E1E2) contine proteine care produc diversi gradienti transmebranari. Din aceasta familie fac parte pompe ionice bine cunoscute cum ar fi:


Na , K -ATP-aza care transporta 3Na spre exteriorul celulei si 2K spre interior. Se gaseste īn membrana plasmatica celulara, genereaza gradienti de Na si K

H , K -ATP-aza, transporta 1 H spre exteriorul celulei contra a 1 K spre interiorul celulei, se gaseste īn membranele plasmatice īn stomac si rinichi, implicata īn secretia gastrica si duodenala.

Ca -ATP-aza SERCA, transporta 2 Ca spre SR ori ER si 2 H spre citosol, se gaseste īn reticulul sarcoplasmic si endoplasmic, scade concentratia de Ca intracelular.



Ca -ATP-aza PMCA, transporta 1 Ca spre exterior contra a 1 H , se gaseste īn membrana plasmatica, scade concentratia de Ca intracelular.

H -ATP-aza, transporta īn afara celulei 1 H , se gaseste īn membrana plasmatica a drojdiilor, plantelor, protozoarelor, genereaza gradient protonic.


P-ATP-azele pot fi implicate īn unele boli, de ex.: mutatii ale Ca ATP-azei induc rigiditate si crampe musculare, ale Cu ATP-azelor pot fie sa provoace sindromul Menks - pacientii au deficit de Cu , fie boala Wilson, incapacitatea de a elimina Cu din ficat cu efect toxic. Īn caz de ulcer se foloseste Omeprazolul care inhiba H ,K ATP-aza gastrica, scazānd aciditatea gastrica.


Transportorii ABC formeaza familia cea mai larga si diversificata. Se gasesc īn toate organismele. Substratele acestora pot fi ioni anorganici, zaharuri, aminoacizi, polizaharide complexe, peptide si chiar proteine. Unii dintre acestia pot sa fie īn acelasi timp canale (CFTR). Mentionam doua tipuri:

CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator) care permite ionilor de Cl sa iasa din celula pe baza gradientului lor electrochimic. Deschiderea canalului este comandata de hidroliza ATP. NaCl la polul apical al celulelor pulmonare creeaza o presiune osmotica datorita careia apa din celule este extrasa prin canalele pentru apa - aquaporinele. Speciile ionice sunt din nou transportate īn celule prin pompa de Na, K, respectiv transportorul Na, K, 2Cl si circuitul se reia. Īn acest fel se pastreaza un echilibru hidric ce permite curatarea de bacterii si secretii a lumenului bronhiolelor. Īn lipsa Cl, prin mutatii la nivelul CFTR (nu se exprima o fenilalanina) plamānul este uscat si se acumuleaza secretii, mucus, prin activitatea bacteriilor. Apar infectii si nu se mai pot face corect schimburile de gaze. Boala se numeste fibroza cistica sau mucoviscidoza si se termina prin moarte.


MDR1 si MDR2 (multiple drug resistance proteins). Pot transporta o multitudine de molecule hidrofobe, molecule care pot intra īn celula prin bistratul lipidic si care pot fi toxice pentru aceasta. MDR scot afara aceste molecule. Dar asemenea molecule pot fi si medicamentele utilizate īn chimioterapie. Celulele canceroase pot sa supraexprime asemenea transportori reducānd eficienta chimioterapiei.


Cea mai cunoscuta pompa ionica este Na+,K+- ATP-aza. Este alcatuita din patru subunitati proteice (2 a si 2 b); subunitatea a are activitate ATP-azica. Hidroliza ATP furnizeaza energia care permite translocarea a 3 ioni de Na īn exteriorul celulei si a doi ioni de K īn interior. Este o pompa electrogenica īntrucāt are ca rezultat un transfer net de o sarcina pozitiva per ciclu īn exteriorul celulei.










Conform schemei Albers-Post, īn esenta mecanismul de transport este: (schema).








Enzima īn conformatia E1 ia Na+ pe partea citoplasmatica si leaga ATP (īn prezenta Mg++). ATP este hidrolizat, complexul fosforilat sufera o tranzitie conformationala E1 - E2 īn urma careia scade afinitatea pentru Na+, creste pentru K+, acesta se ataseaza, are loc o defosforilare, se pierde afinitatea pentru K+, enzima trece din nou īn conformatia E1. Īn repaus ATP-aza de Na, K este responsabila de cca. 30% din consumul energetic celular, iar īn celula nervoasa consumul ajunge la cca. 70%.


Transportul activ secundar


Prin acest tip de transport are loc patrunderea speciilor transportate īntr-un compartiment (extracelular sau intracelular) īmpotriva gradientului lor electrochimic, prin asocierea cu molecule care se deplaseaza normal conform propriului lor gradient de concentratie. Gradientul este īnsa mentinut prin transport activ primar. Transportorul īntālnit īn difuzia facilitata poate lega cele doua molecule fie īn aceeasi stare conformationala (pe aceeasi parte) - simport sau co-transport, fie pe cele doua parti, īn stari conformationale diferite - antiport (contra-transport).

Īn simport - enzima leaga pe aceeasi parte, īn T1, ambele specii si sufera tranzitia T1 - T2 numai dupa legarea ambelor.





Exemplu (fig.): glucoza īn celulele mucoasei intestinale se asociaza cu Na+ care intra pasiv. Ionii de Na+ sunt eliminati activ prin transport primar, prin hidroliza ATP. Glucoza ramāne - transport electrogenic.

Īn antiport - proteina transportoare leaga īn starea T2 un alt ion decāt cel care sufera difuzia facilitata, care va fi evacuat īn compartimentul īn care potentialul lui electrochimic este mai mare. Exemplu (fig.): muschiul cardiac - antiport 3 Na+/ 1 Ca++ - electrogenic (sarcina neta +1). Asigura concentratia scazuta a Ca++ īn interior pe seama pomparii active a Na+.












Document Info


Accesari: 26173
Apreciat:

Comenteaza documentul:

Nu esti inregistrat
Trebuie sa fii utilizator inregistrat pentru a putea comenta


Creaza cont nou

A fost util?

Daca documentul a fost util si crezi ca merita
sa adaugi un link catre el la tine in site

Copiaza codul
in pagina web a site-ului tau.




eCoduri.com - coduri postale, contabile, CAEN sau bancare

Politica de confidentialitate

Copyright © Contact (SCRIGROUP Int. 2020 )