stuff Flashcards

Question

Opiši ionsko dinamično ravnotežje v celici. ZF 03/35-39

Answer 1

Celična membrana vzdržuje različne koncentracije ionov med notranjostjo in zunanjostjo celice. Membrana vzdržuje celični volumen in intracelularni osmotski tlak. V splošnem velja: V celici je najbolj koncentriran anorganski ion kalij. Kalija je v celici 10- do 30-krat več kot ekstracelularno. Mnogo manj je znotraj celice Na in Cl. Kalcija je v celici manj kot ekstracelularno. Vzrok za to je aktivni transport Ca iz celice ter hkrati znotraj celice vezava kalcija v mitohondrije in ER. Celične membrane so mnogo bolj permeabilne za K+ kot pa z Na + (30 x bolj). (v mirovanju) Permeabilnost za Cl je različna. Permeabilnost za Na je torej nizka, vendar kljub temu kontinuirano difundira v celico. Pod določenimi pogoji lahko primerjamo razmere v celici z Donnanovim ravnotežjem: tedaj so med sabo povezani trije dejavniki: 1. Proteinske (peptidne) molekule ne prehajajo skozi membrano, so znotraj celice in imajo negativni naboj (predvsem zaradi karboksilnih skupin –COOH). 2. Ker so ti nemobilni anioni ujeti v celici, dobimo razmere, kot jih poznamo pri Donnanovem ravnotežju: v celici je višja koncentracija kationov – kalija kot pa zunaj nje. Če bi bila K in Cl edina difundirajoča iona, bi dobili razmere Donnanovega ravnotežja. Toda membrana prepušča tudi Na ione in počasi bi se v celici akumulirali ti ioni. To bi povzročilo osmotsko gibanj vode v celico in ta bi se napihnila (lahko celo razpočila). 3. Takšni osmotski katastrofi se celica izogne, tako da membrana izčrpava Na, Ca in še nekatere druge ione z enako hitrostjo, kot ti ioni vdirajo v celico. Tako celica vzdržuj primerni intracelularni nivo teh ionov (več je natrija zunaj!). To črpanje ionov se imenuje aktivni transport. Pravimo, da je membrana efektivno nepropustna za Na in Ca. Za vzdrževanje tega stanja je potrebna energija. V živalskih celicah najbolj prehajata skozi membrano K in Cl ion: razporejata se v skladu z Donnanovim ravnotežjem. KCl produkt koncentracij K in Cl ionov notranjosti celice je približno enak produktu koncentracij obeh ionov izven celice.

Answer 2

Skozi membrano najlažje prehajajo snovi, ki so topne v lipidih. Pomembna je topnost molekule v lipidih. Za posamezno snov je pomemben lipidno –vodni porazdelitveni koeficient (k): v liju ločniku imamo lipid (olivno olje) in vodo: dodamo topljenec in stresamo: koeficient določimo iz relativne topnosti v olju in vodi: k= (koncentracija topljenca v lipidu) / (konc. topljenca v vodi) Permeabilnost neelektrolitov je v korelaciji s porazdelitvenim koeficientom (k).

Answer 3

Pri pasivnem transportu ločimo: Difuzija / prehajanje skozi membranske kanale: * Molekule topljenca ostajajo v vodni fazi in difundirajo skozi vodne kanale. Ti so membranske pore, napolnjene z vodo. * Membranski kanali omogočajo potovanje vode in še nekaterih polarnih snovi skozi membrano. Voda težko prehaja skozi lipidni dvosloj. Vodne kanale tvorijo hidrofilni deli proteinskih molekul. * V membrani so specifični, z vodo napolnjeni kanali (pore), skozi katere difundirajo ioni. Ti ioni so K, Cl ter pod določenimi pogoji Ca in Na. * Kanalov ne moremo videti z elektronskim mikroskopom (velikost kanala okrog 0,7 nm). * Le manjši del membrane celice je zaseden s kanali. Difuzija / prehajanje ob pomoči prenašalcev = carrierjev. * Molekule topljenca se vežejo na molekule prenašalca (carrierja),ki je integralni del membrane. Ta prenašalec omogoči ali olajša (facilitira) gibanje topljenca skozi membrano. * Prenašalec alicarrierje protein, ki na eni strani membrane nase veže molekulo topljenca. * Sledi konformacijska sprememba kompleksa [prenašalec–topljenec]; topljenec se nato loči (disociiria) od prenašalca na drugi strani membrane. * Praviloma se topljenec prenaša v smeri koncentracijskega gradienta. Značilnosti pasivnega transporta: * protein carrierima specifično mesto za vezavo topljenca; * ko protein zamenja svoj položaj iz ene strani membrane na drugo stran, se mesto za vezavo spremeni; * pri visoki koncentraciji topljenca pride do nasičenja (saturacije) transportnega sistema. Kaj to pomeni? Vsi prenašalci so zasedeni. Če zvišujemo koncentracijo topljenca, se hitrost toka topljenca v eno stran membrane zvišuje do določene vrednosti –do takrat, ko so zasedene vse molekule prenašalcev. * kemična ali sterično podobni topljenci lahko kompetitivno inhibirajo transport (kompetitivna inhibicija): te snovi se torej vežejo na prenašalce, zasedejo vsa mesta (ali večino mest) in tako onemogočijo, da bi se topljenec vezal nanje (ali bistveno zmanjšajo število prostih mest). Molekule inhibitorja tekmujejo z molekulami topljenca (kompeticija = tekmovanje). Kinetika transporta: Kinetika transporta spominja na Michaelis-Mentenino kinetiko encimskih reakcij: C + Snotri [CS] C + Szunaj C = prenašalec (carrier) S = topljenec [CS] = kompleks prenašalec-topljenec (To je podobno vezavi encima in substrata v kompleks) Vrste transporterjev: * uniporterji: če transportirajo le eno snov; * sklopljeni prenašalci(coupled transporters):če transportirajo dve snovi (lahko s časovnim zamikom): * simporterji: če prenašajo dve snovi v isti smeri, * antiporterji: če v nasprotnih smereh Aktivni transport. ZF 05/1-15 * Večina topljencev, ki so razporejeni na obeh straneh membrane, ni v ravnotežju (gre za določen elektrokemijski gradient; za njegovo vzdrževanje se običajno porablja ATP. % * Mehanizme, ki aktivno transportirajo substance proti gradientu, na splošno imenujemo membranske črpalke. % * Notranjost celice je negativna proti zunanjosti, zato kationi vdirajo v celico. * Natrijevi ioni se aktivno transportirajo iz celice z enako hitrostjo, kot vanjo vdirajo. Ta proces pripisujemo natrijevi črpalki, encimskemu sistemu, ki potrebuje ATP in leži v membrani. Ločimo: Primarni aktivni transport: * Proti elektrokemijskem gradientu; porablja se ATP (=porablja se metabolna energija). * Tu sodeluje od ATP odvisna membranska črpalka. * Primer: natrij kalijeva črpalka Sekundarni aktivni transport: * Proti elektrokemijskem gradientu: poganja ga gibanje ionov v smeri gradienta; brez ATP. * Primer: Na+/H+antiport v proksimalnem tubulu v ledvici sesalcev.

Answer 4

Gibanje neke snovi v smeri konc. gradienta lahko poganja gibanje druge snovi proti konc. gradientu. Pri akt. transportu Na in K smo videli, da se transportirata v nasprotni smeri. Ločimo: Simport * Natrijev gradient poganja določene sladkorje in aminokisline v celico s pomočjo simporta(levo). * V celico se lahko transportira aminokislina alanin (Ala) le, če se v celico transportira tudi Na+. * Gre za transport Ala s pomočjo prenašalca v smeri konc. gradienta natrija. * Prenašalec (carrier) mora vezati oba -Na+ in organsko snov –predno ju prenese v notranjost celice. * Celica sprejema ob prisotnosti Na+ aminokisline toliko časa, da bo notranja konc. aminokislin 7x do 10x večja kot zunanja. * Podobno kot aminokisline se transportirajo tudi sladkorji. Antiport: * Gibanje ionov v smeri konc. gradienta lahko omogoča gibanje nekaterih molekul proti konc. gradientu. * Natrijev gradientna tak način tudi poganja Ca2+ iz celice s pomočjo antiporta. * Takšen proces omogoča, da je intracelularno izredno nizka konc. Na+ ionov. * Kalcij pa se poleg tega prenaša še neodvisno od Na- gradienta z aktivnim transportom s kalcijevo črpalko. * To je torej kotransport. * Še en primer: Na+/H+antiport v proksimalnem tubulu v ledvici sesalcev. Natrij-kalijeva črpalka kot primer primarnega aktivnega transporta. ZF 05/7-11 * Črpalka deluje na osnovi zaporedja konformacijskih sprememb, ki omogočajo kotransport. * Konc. K ionov znotraj celice je mnogo višja kot zunaj nje; obratno velja za Na ione: več ga je v ekstracelularni tekočini. To razliko v koncentracijah ustvarja Na-K črpalka, ki je v celičnih membranah vseh živalskih celic. * Ta črpalka je encim –je ATPaza, ki ima na citoplazemski strani mesti vezave za NA in ATP, na ekstracelular. strani pa mesto vezave za K. * Zaporedje konformacijskih sprememb: Gre za kotransport K in Na v nasprotnih smereh skozi membrano. * Zaporedje dogodkov: ▪ ATPaza veže 3 Na+ iz citosola. ▪ Fosforilacija z ATP povzroči konformacijsko spremembo. ▪ 3 Na+se sprostijo v ekstracel. prostor, 2 K+ se vežeta ▪ Defosforilacija omogoči vzpostavitev prvotne konformacije ATPaze. ▪ 2 K+ se sprostita v citosol. Ciklus je zaključen.