1

1

Sveučilište u SplituPrirodoslovno-matematički fakultet

Odjel za kemiju

prof. dr. sc. Maja Pavela-Vrančič

2

Prijenos iona i molekula

2

3

reguliraju volumen stanice

održavaju unutarstanični pH i ionski sastav

crpe i koncentriraju metabolička goriva i građevne elemente

izlučuju otrovne tvari

nadziru ionske gradijente potrebne za podražljivost živaca i mišića

4

PASIVNI PRIJENOS

bez utroška energije

jednostavna difuzija

olakšana difuzija

AKTIVNI PRIJENOS

uz utrošak energije

primarni aktivni prijenos

sekundarni aktivni prijenos

jednostavna olakšana

difuzija difuzija

proteinski

kanal

proteinski

nosači

lipidni

dvoslojkoncentracijski

gradijent

ENERGIJA

AKTIVNI PRIJENOSPASIVNI PRIJENOS

3

5

VEZANI PRIJENOS

UNIPORT SIMPORT ANTIPORT

uniport – prijenos jedne tvari

vezani prijenos – prijenos dvije tvari istovremeno

simport – u istom smjeru

antiport – u suprotnom smjeru

6

bez učešća proteinskih nosača

spontano gibanje čestica NIZ KONCENTRACIJSKI GRADIJENT

tvari topljive u lipidima

plinovi: O2, N2, CO2, NO, CO, H2S

voda difundira djelovanjem osmotskih sila

brzina difuzije ovisi o:

razlici koncentracije

veličini molekula

topljivosti molekula u lipidima

vizkoznosti i debljini lipidnog sloja

4

7

Kretanje vode kroz polupropusnu membranu izmjesta manje u mjesto veće koncentracije otopljene

tvari

Difuzija vode niz koncentracijski gradijent vode

sol

voda3% otopina

soli

Dokaz

dest.

voda

težina stupca

=

osmotskom tlaku

polupropusna

membrana

8

Stanice (bez stanične stijenke) u otopini

hipotonična izotonična hipertonična

otopina otopina otopina

Hipertonična otopina: prima vodu

Hipotonična otopina: predaje vodu

lizirana normalna skvrčena

stanica stanica stanica

5

9

prijenos iona i malih polarnih molekula

središnji vodeni kanal u proteinu omogućava difuziju tvari u oba smjera

prijenos NIZ KONCENTRACIJSKI GRADIJENT

proteinski kanal ne veže tvar koja se prenosi

specifičnost se temelji na veličini i naboju tvari

hidrofobni

omotačhidrofilni kanal

10

Ionski kanali su visokoselektivni za ione

• prenosi samo pozitivno nabijene ione

• prenosi Na+, ali ne i K+

• prenosi djelomično dehidratizirane ione(H2O·Na+ kompleks)

Natrijski kanal

6

11

Prelaze iz• zatvorenog (inaktivni) u• otvoreni (aktivni) oblik

Prijelaz je reguliran• ligandima (kemijski poticaj)• ionima (električni poticaj)

kanal ligand

ioni

Kanali s vratima “propusnicom”

12

“vodeni” kanali

prijenos vode i drugih malih molekula

vrlo brzi prolaz

pozitivni naboj u unutrašnjosti kanala priječi protok H3O

+

selektivnost je posljedica promjera kanala (2,8 A)

Olakšana difuzija vode - Akvaporini

7

13

ubrzavaju kretanje molekula kroz plazmatsku membranu

omogućen prolaz polarnih molekula

niz koncentracijski gradijent

konformacijske promjene nosača potaknute vezanjem i otpuštanjem molekule koja se prenosi

mjesto veće

koncentracije

mjesto manje

koncentracije

14

PRIMARNI aktivni prijenos

ionske crpke

SEKUNDARNI aktivni prijenos

vezani prijenos

ATP

ATP

Prijenos tvari

· PROTIVNO njihovom koncentracijskom gradijenu

· uz ulaganje ENERGIJE

8

15

Na+/K+-crpka (K+/Na+-ATPaza)

Ca2+-crpka (Ca2+-ATPaza)

vodikova (protonska) crpka

izvanstanična

tekućina

citoplazma

protonska

crpka

16

Na+/K+-crpka

nalazi se u plazmatskoj membrani gotovo svih stanica

iznosi 3Na+ iz stanice, unosi 2K+ u stanicu protivno njihovom koncentracijskom gradijentu

ATP-aza, jer energiju osigurava hidrolizom ATP

Na+/K+-ATPaza u živčanim stanicama

9

17

mjesto za vezanje

steroidnih inhibitora

ugljikohidrati

Vanstanični

prostor

Unutarstanični

prostor ATP-vezna

mjesta

Na+/K+-ATPaza je oligomerni transmembranski protein

18

2K+

ATP

ADP

ATP3Na+

2K+

3Na+

3Na+

vanstanični

prostor

P

P

2K+

3Na+

vezanje

FOSFORILACIJA

3Na+

P

iskretanje

otpuštanje 3Na+

vezanje 2K+

DEFOSFORILACIJA

iskretanje

otpuštanje

Konformacijske promjene izazvanefosforilacijom/defosforilacijom

unutarstanični

prostor

10

19

održava konstantan volumen stanice

snizuje unutarstaničnu koncentraciju iona

potiče tok vode iz stanice u vanstanični prostor

održava koncentracijski gradijent Na+ i K+

pokreće sekundarni aktivni prijenos aminokiselina i šećera u stanicu

osigurava membranski potencijal

– prijenos živčanih impulsa

Uloga natrij-kalijeve crpke

20

Kardiotonični steroidi

Digitalis purpurea

digitoksigenin (digitalin)

ouabain

11

21

Inhibicija Na+/K+-ATPazekardiotoničnim steroidima

Kardiotonični steroidi

• vežu se s izvanstanične strane na ATPazu• inhibiraju defosforilaciju• porast koncentracije Na+ u stanici stimulira srčani [Na+-Ca2+]antiport koji pumpa Na+ iz stanice i Ca2+ u stanicu

• posljedica: pojačana kontrakcija srčanog mišića

22

Ioni kalcija - Ca2+

Skladište Ca2+: mitohondriji sarkoplazmatski retikulum

Ca2+ se veže na protein kalsekvestrin: sadrži 40 veznih mjesta za Ca2+

izvanstanični prostor

[Ca2+] (u izvanstaničnom prostoru): 1,5 mM[Ca2+] (u citosolu): ~ 10-4 mM[Ca2+] (u sarkoplazmatskom retikulumu): 1 mM

topljivost Ca3(PO4)2 = 65 μM

kalcij se uklanja iz citosola da bi se spriječilo taloženje teško topljivog Ca3(PO4)2

Prijenos Ca2+: Ca2+-ATPaza Na+/Ca2+ antiport

sarkoplazmatskiretikulum mikrofibrili

12

23

vezanje fosforilacija

iskretanjeiskretanje

otpuštanje

hidroliza

Kalcijeva crpka

24

sadrže hidrolitičke enzime “kisele hidrolaze”

uloga lizosoma: razgradnja tvari

unesenih u stanicu endocitozom

razgradnja istrošenih ili nepotrebnih staničnih sastojaka

razgradnja vanstaničnih tvari

H+ - ATPaza

lizosom

pumpanjemprotona

u lizosom snizuje se pH

13

25

koristi sekundarni izvor energije –

transmembranski elektrokemijski

gradijent Na+ ili H+

razlika u koncentraciji stvorena

primarnim aktivnim prijenosom

jedne tvari koristi se kao potencijal

za prijenos neke druge tvari

26

Vrsta vezanog prijenosa

simport antiport

elektrokemijski gradijentNa+ koristi se za prijenossimportom šećera aminokiselina iona drugih malih molekula simport antiport

vezani prijenos

14

27

Elektrogeni vezani prijenos

Elektrogeni i elektroneutralni vezani prijenos

Elektroneutralni vezani prijenos

Na+ K+ 2Cl-

K+

Cl-

Na+ Cl-

28

Na+/glukoza simportUnos glukoze u epitelne stanice tankog crijeva i

bubrega

Na+ glukoza

glukoza

glukoza Na+

• prijenos 2Na+ olakšanom difuzijom omogućava prijenosglukoze protivno koncentracijskom gradijentu

• gradijent Na+ održava se uz neposredno učešće ATP putemNa+/K+ ATPaze

glukoza

15

29

CO2 HCO3- + H+

HCO3- HCO3

-

Cl- Cl- H+ H+ H+/K+-ATPaz

K+ K+

Na+

K+

K+ K+

Na+

K+ Cl- Cl-

L

U

M

E

N

Želučana kiselina

Parietalne stanice sluznice želuca

P

L

A

Z

M

A

Neto promet: lučenje HCl

30

kanal stanica-stanica

ioni,

aminokiseline

šećeri

nukleotidi

citosol citosol

proteini

nukleinske kiseline

međustanični prostor

međustanična komunikacija

prijenos iona i malih molekula između stanica

prehrana stanica daleko od krvnih žila (očna leća i kosti)

16

31

prenosioci iona

povećavaju ionsku propustljivost membrana

imaju antibiotska svojstva

narušavaju unutarstaničnu ionsku ravnotežu

ionofor - NOSAČ ionofor – KANAL

32

ugljikovodični

omotač

K+

omotač nosača sastoji se

od ugljikovodičnih skupina

vežu ione u svojim središnjim šupljinama

ion koordinira nekoliko atoma kisika (6-8)

kataliziraju prijenos iona kroz membranu čineći ih topljivima u lipidima

Ionofori - nosači

17

33

prenosi 105 K+ / sek

ometa oksidacijsku fosforilaciju u mitohondrijima, čineći ih propusnim za K+ ione

mitohondriji upotrebljavaju energiju dobivenu od prijenosa elektrona za nagomilavanje K+ iona, a ne za stvaranje ATP

Valinomicin – ciklički peptidni antibiotik

3D struktura valinomicina

34

Gramicidin A (peptidni antibiotik)

Transmembranski kanal (dimer) promjera 5 A prenosi 107 K+ i Na+ / sek

s vanjske strane hidrofobni aminokiselinski ostaci u unutrašnjosti polarni aminokiselinski ostaci