Transportul prin membraneDate generale

Iunie 2010

Membrana celulara

Contextul Membrana separa celula vie de mediul

inconjurator, ne-viu bariera foarte subtire = 8nm grosime

Controleaza traficul in & dinspre celula permeablitate selectiva permite unor substante sa treaca mai usor

decat altora hidrofob vs hidrofil

Alcatuita din fosfolipide, proteine & alte macromolecule

Fosfolipidele

Acid gras

Fosfat

Cozile acizilor grasi hidrofobe

Gruparea fosfat din capul moleculei hidrofila

Aranjate ca bistrat

Aaaah, unul dintre exemplele

structura–functie

Bistratul fosfolipidic

capete hidrofilepolare

cozi hidrofobenonpolare

capete hidrofilepolare

Mai mult decat lipide… In 1972, S.J. Singer & G. Nicholson

propun ideea ca proteinele membranare sunt inserate in bistratul fosfolipidic

E ca un fluid…E ca un mozaic…

Este modelul “Mozaic fluid”!

Membrana este un amestec de proteine & alte molecule incluse in matricea fluida a bistratului lipidic

Fluidul extracelular

Colesterol

Citoplasma

Glicolipid

Proteinetransmembranare

Filamente decitoschelet

Proteina periferica

Glicoproteina

Fosfolipide

Compozitia lipidica membranara variaza

Compozitia lipidica afecteaza flexibilitatea membrana trebuie sa fie fluida & flexibila

% de acizi grasi nesaturati in fosfolipide mentine membrana mai putin vascoasa Dif. in organismele adaptate la frig, (ca graul de

iarna) creste % toamna

colesterol in membrane

Proteinele membranare Proteinele determina functiile specifice ale membranei

membrana celulei & membranele organitelor au fiecare colectii unice de proteine

Proteinele membranei: Proteine periferice

legate lax de suprafata membranei markeri de suprafata ai identitatii celulare (antigene)

Proteine integrale strabat bistratul lipidic, de regula in intregime

proteine transmembranare proteine de transport

canale, permeaze (pompe)

Iunie 2010

De ce suntproteinele moleculele perfecte

pentru a construi structuri in membrana celulara?

Clase de aminoacizi

Ce au acesti aminoacizi in comun?Ce au acesti aminoacizi in comun?

nonpolari & hidrofobinonpolari & hidrofobi

Clase de aminoacizi

Ce au acesti aminoacizi in comun?Ce au acesti aminoacizi in comun?

polari & hidrofilipolari & hidrofili

Cel mai tare imi plac

cei polari!

Domenii proteice ce ancoreaza moleculele

In membrane aminoacizii nonpolari

hidrofobi ancore proteice

in membrane

Pe suprafetele externe ale membranelor aminoacizii polari

hidrofili se extind in fluidul

extracelular & in citosol

Polar areasof protein

Nonpolar areas of protein

NH2

H+

COOH

Cytoplasm

Retinalchromophore

Nonpolar(hydrophobic)-helices in thecell membrane H+

Porin monomer

-pleated sheets

Bacterialoutermembrane

pompa protonica in bacterii

canal de apa in bacterii

functia indeplinita prin schimbare conformationala = schimbarea formei

functia indeplinita prin schimbare conformationala = schimbarea formei

Exemple

Numeroase functii ale proteinelor membranare

Exterior

Membrana plasmatica

InteriorTransportor Receptor celular

de suprafataActivitate enzimatica

Marker de suprafatade identitate celulara

Atasare la citoschelet

Adeziune celulara

Carbohidratii membranari Rol cheie in recunoastere celula-celula

abilitatea unei celule de a distinge o celula de alta antigene

importante in dezvoltarea

tesuturilor si organelor baza pt. respingerea

celulelor straine de catre

celulele sistemului imun

Iunie 2010

Transportul prin membrana celulara

Transportul prin membraneDifuziunea pasiva

Difuziunea Legea a 2 a a termodinamicii

guverneaza sistemele biologice universul tinde spre dezordine (entropie)

Difuziune miscare de la concentratie mare scazuta

Difuziune miscare de la concentratie mare scazuta

Difuziune Miscare de la concentratie MARE la

concentratie SCAZUTA “transport pasiv” nu e necesar consum de energie

difuziune osmoza

miscarea apei

Difuziunea prin membrana celulara

Membrana celulara este granita intre interior si exterior… separa celula de mediul sau inconjurator

INAUNTRUnutrienticarbohidratiproteineaminoacizilipidesaruri, O2, H2O

IN AFARAdeseuriamoniacsaruriCO2

H2O produsi de sinteza

celula are nevoie de materiale in & de produsi sau deseuri out

IN

OUT

Poate fi o granita impenetrabila ? NU!

Difuziunea prin bistratul lipidic Ce molecule pot trece direct?

grasimi & compusi amfifili

interior

exterior

lipid

sare

aa H2Ozahar

NH3

Ce molecule NU pot trece direct?

molecule polare H2O

ioni Na, K, Ca, Cl, amoniu

molecule mari amidon, proteine

Transportul prin membraneCanalele ionice

Canale prin (din) membrana celulara Membrana devine semi-permeabila cu

ajutorul proteinelor-canal canale specificespecifice permit unui material

specificspecific sa treaca prin membrana celulara

interior

exteriorNH3

H2O aa Zahar

ioni

Canale de Ca, Na, K, Cl• Subfamilii

• 100 M ioni/s

• Tinta moleculara pt. medicamente

• Electrofiziologie; mutageneza dirijata

Difuziune facilitata Difuziune prin proteine canal

canalele transfera molecule specifice prin membrana celulara

nu necesita energie

“proteina canal”“proteina canal”

canal deschis = transport rapid

facilitat = cu ajutor

mare

mic

Transportul prin membraneCanalele de apa

Aquaporine Apa trece rapid in interiorul si catre

exteriorul celulelor dovezi ale existentei canalelor de apa

1991 | 2003

Peter AgreJohn Hopkins

Roderick MacKinnonRockefeller

Iunie 2010

Transportul apei

Miscarea apei prin membrana celulara

Osmoza e difuziunea apei

Difuziunea apei de la concentratie mare a apei la concentratie mica a apei printr-o bariera

semi-permeabila

Concentratia apei Directia osmozei este determinata prin compararea

concentratiilor substantelor dizolvate Hipertonic – mai multe substante dizolvate, mai putina apa

Hipotonic – mai putine substante dizolvate, mai multa apa

Izotonic – substante dizolvate in concentratii egale, apa in

concentratie egala

hipotonic hipertonic

apa

miscarea neta a apei

apa proaspata

echilibru apa sarata

Balanta de apa Supravietuirea celulara depinde de

echilibrul intre aportul si pierderea apei

Celula (comparativ cu vasul) hipertonic sau hipotonic

Vasul (comparativ cu celula) hipertonic sau hipotonic

In ce directie trece fluxul de apa? in sau out

.05 M .03 M

Osmoza…

“Balanta de apa” Izotonic

celula animala imersata in solutie usor usor sarata exemplu:

celula sanguina in plasma sanguina

problema: nici unanu apare o miscare neta a

apei fluxuri prin membrana, egale, in

ambele directii

volumul celular este stabil

echilibrat

Transportul prin membraneDifuziunea facilitataUniport

Simport

Exemple: Na/glucoza Na/aminoacizi

Antiport

Exemple: Na/aminoacizi

simportantiport

Difuziunea facilitata Numeroase modele & mecanisme

ATP ATP

Transport activ

“proteina-pompa”“proteina-pompa”

schimbare conformationala

Celulele pot avea nevoie sa transporte molecule impotriva gradientului de concentratie modificarea de conformatie transporta substanta

dizolvata de pe o parte pe cealalta a membranei proteina “pompa” “costul” energetic = ATP

ATP

mic

mare

Transportul prin membranePompele ionice

Glicoproteina P

Transferul prin membrana celulara Transport pasiv

Difuziune simpla difuziune a moleculelor nonpolare, hidrofobe

lipide mare mic (gradient de concentratie)

Difuziune facilitata difuziunea unor molecule polare, hidrofile printr-o proteina canal

mare mic (gradient de concentratie)

Transport activ difuziune impotriva gradientului de concentratie

mic mare utilizeaza o proteina cu functie de pompa necesita ATP

ATP

Transport - Sumar

difuziunesimpla

difuziune facilitata

transportactiv

ATP

Transport pasiv

Moleculele mari? Transfer al moleculelor in & out

prin vezicule & vacuole endocitoza

fagocitoza = “cellular eating” pinocitoza = “cellular drinking”

exocitoza

exocitoza

Transportul prin membraneExocitoza si endocitoza

Endocitoza

fagocitoza

pinocitoza

endocitoza mediata de receptor

fuziune cu lizozomii pentru digestie

proces nespecific

declansat de un semnal molecular

Endocitoza

Transportul prin membrane Endocitoza mediata de

receptori

Transportul prin membrane Fagocitoza ca tip particular de

endocitoza mediata de receptori

Pinocitoza (si transcitoza)

Succes la examen!