Transport av ioner og næringsstoffer over cellemembraner Læringsmål IA: 2.1.2.6 Beskrive ulike mekanismer for transport over membraner
Transport Passiv Aktiv Diffusjon Fasilitert diffusjon Ionekanaler Endocytose Exocytose Osmose Proteiner ATP O 2 CO 2 Hypoton Hyperton Isoton Glukose transport Na+/K+ pumpe Glukose transport
Diffusjon og osmose Def: Diffusjon bevegelse av et stoff fra et område med høy konsentrasjon til et område med lavere konsentrasjon DIFFUSJONSGRADIENT
Diffusjon over membraner 1. Fritt permeabel membran 1M glukose 0.1M glukose 0.55M glukose 0.55M glukose
Diffusjon over membraner 2. Kation permeabel membran 1M KCl 0.1M KCl + 1M Cl - 0.1M Cl - K + Cl - K + Cl - K + K + <1M K + >0.1M K + Vann og K+ kan diffundere; Cl- kan ikke
Osmose Def: Bevegelse av vann fra en løsning med lav stoffkonsentrasjon til en løsning med høy stoffkonsentrasjon Krever at membranen er permeabel for vann og at volum kan økes 1M glukose 0.1M glukose <1M glukose >0.1M glukose H 2 0 H 2 0 Osmotisk trykk
Osmose
Osmose
Skjematisk framstilling av en typisk cellemembran: Fosfolipid dobbeltlag Hva er med på å påvirke transport av et molekyl over cellemembranen?
Diffusjonshastigheten over et lipiddobbeltlag avhenger av molekylets størrelse og løselighet: permeabilitet Transporthastighet = Konsentrasjonsforskjell x membranpermeabilitet Cellemembranen er semipermeabel og selektiv for ulike molekyler fordi den har transportproteiner og kanaler
Små polare molekyler transporteres gjennom membranen ved hjelp av bærermolekyler eller kanaler Disse har høy spesifisitet for stoffene de transporterer Mindre spesifikke enn bærerproteinene. Diskriminerer på størrelse og ladning. Transporterer ioner. Transporten er raskere enn for bærerproteinene
Hver cellemembrantype har sitt eget karakteristiske sett av bærerproteiner
Transport Passiv Aktiv Diffusjon Fasilitert diffusjon Ionekanaler Endocytose Exocytose Osmose Proteiner ATP O 2 CO 2 Hypoton Hyperton Isoton Glukose transport Na+/K+ pumpe Glukose transport
Passiv og aktiv transport
Etanol CO2 O2 Passiv og aktiv transport
Passiv transport av f.eks. glukose kan utføres av en konformasjonsendring i et bærerprotein 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.
Elektrokjemisk gradient Konsentrasjoner av ioner inne i og utenfor en typisk mammalsk celle Ion IC (mm) EC (mm) Na + 5-15 145 K + 140 5 Ca 2+ 10-4 1-2 H + 7x10-5 (ph 7.2) 4x10-5 (ph 7.4) Cl - 5-15 110 En elektrokjemisk gradient for et stoff er summen av konsentrasjonsgradienten og kraften som membranpotensialet påfører stoffet.
Transport av stoffer mot den elektrokjemiske gradienten kalles aktiv transport Det finnes tre typer av aktiv transport Sekundær Primær (relevant for noen bakterie typer) Det transporterte stoffet vises i gult, energikilden vises i rødt Energi fra den elektrokjemiske gradienten til ko-transporterte ioner brukes til å transportere et molekyl mot sin gradient. Symport eller antiport. Dette kalles sekundær aktiv transport, og det ko-transporterte ionet er ofte Na+ Na+ pumpes ut igjen av en ATP-drevet pumpe: Primær aktiv transport
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 (10% direkte effekt)
Natrium-Kalium pumpa
Bærerproteiner transporterer molekyler på flere måter Uniport: GLUT2 Symport: Glukose/Na+ Antiport: Na+/H+ for ph justering
Glukose-Na + symport proteinet Brukes for opptak av glukose over epitelceller i tarmen mot kons.gradient Spesifikk binding av Na + og glukose til bærerproteinet. Bindingen er kooperativ: Binding av glukose øker affinitet for Na+ og omvendt. Figure 11-9 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
Opptak av glukose fra tarm
Transport av glukose over tarmepitelet utføres av to typer av bærerproteiner for glukose 2
Ionekanaler endring i mbr potensialet neurotransmittere f.eks.: hørsel f.eks.: Ca 2+ kanaler på ER transporterer uorganiske ioner over cellemembranen: Na +, K +, Cl - og Ca 2+ er ioneselektive hydrofile porer er portstyrt (spesifikke stimuli regulerer åpning/lukking) transporterer ioner ca 10 000 ganger raskere enn bærerproteiner transporterer ioner langs den elektrokjemiske gradienten (passiv)
Spesifisitet i K+ lekkasjekanal
Membranpotensialet Konsentrasjoner av ioner inne og utenfor en typisk mammalsk celle Ion IC (mm) EC (mm) Na + 5-15 145 K + 140 5 Ca 2+ 10-4 1-2 H + 7x10-5 (ph 7.2) 4x10-5 (ph 7.4) Cl - 5-15 110 Permeabilitet til Na+ kun 5% av K+: K størst innvirkning på membranpotensialet Na+/K+ pumpa bidrar ca. 10% (holder Na+ ute av cella) mens passive K+ lekkasjekanaler bidrar mest til membranpotensialet (balansere i.c. anioner)
Membranpotensialet
Nerveceller signaliserer vha elektriske impulser Neurotransmittere binder til transmitterstyrte ionekanaler: depolarisering av cellemembranen Depolariseringen åpner spenningsstyrte Na + kanaler som resulterer i et aksjonspotensial (fra ca -60 mv til ca +40 mv) Aksjonspotensialet forplanter seg nedover aksonet mot nerveenden (kontinuerlig depolarisering av membranen) og trigger frigjøring av neurotransmittere som kan virke på neste nervecelle Membranpotensialet regenereres bla ved åpning av spenningsstyrte K+ kanaler
Spenningsstyrte Ca+ kanaler i nerveendingene omdanner elektrisk til kjemisk signal
Oppsummert Transport over cellemembranen foregår ved diffusjon (små, upolare molekyler) passiv transport (ionekanaler og bærerproteiner) aktiv transport (bærerproteiner) 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 portstyrte porer for rask transport av ioner: K+ lekkasje-kanaler i plasmamembranen neurotransmitter-styrte ionekanaler og spenningsstyrte ionekanaler i nerveceller
Læringsmål IA: 2.1.2.6 Beskrive ulike mekanismer for transport over membraner Essential Cell Biology Fourth Edition Chapter 12 Membrane Transport Molecular Biology of the Cell Sixth Edition Chapter 11 Membrane Transport Copyright Garland Science