Transport av ioner og næringsstoffer over cellemembranen

Transkript

1 Transport av ioner og næringsstoffer over cellemembranen Terje Espevik, IKM Innhold: Diffusjonshastighet av molekyler over et lipiddobbeltlag Ionekonsentrasjoner innenfor og utenfor en typisk celle Transportere Passiv og aktiv transport Elektrokjemisk gradient Na + /K + -pumpa Glukose/Na + symport proteinet og opptak av glukose over tarmepitelet Ionekanaler Membranpotensialet Skjematisk framstilling av en typisk cellemembran: Fosfolipid dobbeltlag Hvordan reguleres transporten av et molekyl over cellemembranen? 1

2 Diffusjonshastigheten over et lipiddobbeltlag avhenger av molekylets størrelse og løselighet Cellemembranen er semipermeabel og selektiv for ulike molekyler fordi den har transportproteiner (transportere) og kanaler. Diffusjonshastigheten over et lipiddobbeltlag avhenger av molekylets størrelse og løselighet Konsentrasjoner av ioner inne og utenfor en typisk mammalsk celle Ion IC (mm) EC (mm) Na K Ca H + 7x10-5 (ph 7.2) 4x10-5 (ph 7.4) Cl Større molekyler transporteres over plasma membranen via eksocytose og endocytose 2

3 Små molekyler fraktes over membranen ved hjelp av transportere og kanaler Disse har høy spesifisitet for molekylene de transporterer. Transportere frakter molekyler over membranen ved å endre sin form. Mindre spesifikke enn transportere. Diskriminerer på størrelse og ladning. Frakter ioner og vann. Hastigheten er MYE høyere enn for transportere. Hver cellemembran har sitt eget karakteristiske sett av transportere 3

4 Passiv og aktiv transport Etanol CO 2 O 2 Passiv transport av f.eks. glukose kan utføres vha en konformasjonsendring i en transporter Dette er en passiv transport som er selektiv for et stoff (f.eks. glukose) og som drives av konsentrasjonsgradienten. Eks.: GLUT2 som finnes i leverceller (hepatocytter), import av glukose etter et måltid, eksport av glukose ved faste. Blodsukkergradient 4

5 Elektrokjemisk gradient En elektrokjemisk gradient for et stoff er summen av konsentrasjonsgradienten og kraften som membranpotensialet påfører stoffet. For Na + virker disse to kreftene i samme retning. Transport av stoffer mot den elektrokjemiske gradienten kalles aktiv transport Det finnes tre typer av aktiv transport Sekundær aktiv transport Primær aktiv transport (relevant for noen bakterie typer) Energien fra den elektrokjemiske gradienten til ko-transporterte ioner brukes til å transportere et molekyl mot sin gradient. Dette kalles sekundær aktiv transport, og det ko-transporterte ionet er ofte Na + Na + pumpes ut av en ATP-drevet pumpe: primær aktiv transport Det transporterte stoffet vises i gult, energikilden vises i rødt 5

6 Transportere kan frakte molekyler enkeltvis (uniport) eller sammen med et annet molekyl (symport/antiport) Natrium-Kalium pumpa 145 mm 2 K + inn 5 mm 5-15 mm 140 mm 3 Na + ut Pumpa setter opp en elektrokjemisk gradient av Na + og K + som brukes til : aktiv transport av molekyler over membranen (koblet transport) å opprettholde osmotisk balanse å opprettholde membranpotensialet 6

7 Natrium-Kalium pumpa Glukose-Na + symport proteinet bruker den elektrokjemiske Na + gradienten for å frakte glukose inn i tarmepitelceller Brukes for opptak av glukose over epitelceller i tarmen Spesifikk binding av Na + og glukose til transporteren. Bindingen er kooperativ: Binding av glukose krever at også Na + binder seg. 7

8 Glukose-Na + symport proteinet bruker den elektrokjemiske Na + gradienten for å frakte glukose inn i tarmepitelceller Glukose fraktes over tarmepitelet vha to ulike typer av glukosetransportere 8

9 Ionekanaler endring i mbr potensialet neurotransmittere f.eks.: Ca 2+ kanaler på ER f.eks.: hørsel transporterer uorganiske ioner over cellemembranen: Na +, K +, Cl - og Ca 2+ er ioneselektive hydrofile porer kan være portstyrt (spesifikke stimuli regulerer åpning/lukking) frakter ioner ca 10 5 ganger raskere enn transportere tranporterer ioner langs den elektrokjemiske gradienten Kalium lekkasje kanalen er selektiv for K + selektivitetsfilteret består av karbonylgrupper som danner en kortvarig binding til K + 9

10 Membranpotensialet I hvilende celler er plasmamembranen hovedsakelig permeabel bare for K + som er det kationet det finnes mest av intracellulært. K + diffunderer ut av cellen gjennom spesifikke lekkasjekanaler. Når K + går ut av cellen dannes et negativt membranpotensial (fra -20 til -200 mv). Transporten av K + stopper når konsentrasjons gradienten og membranpotensial kraften er motsatt like store. Neurotransmittere åpner Na + kanaler (gir depolarisering) som deretter åpner spenningsstyrte Na + kanaler som resulterer i et aksjonspotensial (ca +40 mv) Sammendrag Transport over cellemembranen foregår ved diffusjon (små, upolare molekyler) passiv transport (ionekanaler og transportere) aktiv transport (transportere) mot elektrokjemisk gradient Aktiv transport drives av elektrokjemisk gradient til ko-transportert ion (koblet transport): eks: Na + /Glukose symport ATP; eks. Na + -K + -pumpa Ionekanaler er portsyrte porer for rask transport av ioner K + lekkasje-kanaler i plasmamembranen neurotransmitter-styrte ionekanaler og spenningsstyrte ionekanaler i nerveceller 10