Wszystkie wykłady PDF

Preview

Summary

Wszystkie wykłady i notatki z książki u prof.Pietruchy...

Description

Błona Komórkowa Błona komórkowa - tłuszczowa powłoka, zawierał kanały i transportery(białka umożliwiające importowanie i eksportowanie cząsteczek i jonów)$ Odkształca się bez uszkodzeń, umożliwiając komórce ruch i zmianę kształtu. Samonaprawiająca się. Wyodrebnia komórkę ze środowiska. Błona lipidowa składa się z lipidów i białek$ Lipidowa część błony składa się z dwóch warstw, w których cząsteczki lipidów ułożone są w ten sposób, że ich części hydrofobowe przylegają do siebie i są związane słabymi wiązaniami typu van der Waalsa. Ta część dwuwarstwy lipidowej tworzy wewnątrzbłonowe środowisko hydrofobowe (które jest barierą ograniczającą swobodne przemieszczanie się przez bł. kom. substancji rozpuszczalnych w wodzie. Części hydrofilowe cząsteczek lipidowych są umieszczone na zewnątrz dwuwarstwy (do cytoplazmy i na zewnątrz komórki). Białka błonowe regulują transport substancji koniecznych do życia komórki. Główne białka błonowe to: receptory pośredniczące w komunikacji komórki z jej "światem zewnętrznym", białka enzymatyczne odpowiedzialne za uruchamianie sygnałów wewnątrzkomórkowych, białka transportujące tworzące kanały jonowe i pompy różnego typu prowadzą transport kontrolowany, białka wiążące s pajające filamenty aktynowe warstwy korowej ze strukturami białkowymi błony. Pod względem strukturalnym wyróżniamy dwa typy białek błonowych: białka powierzchniowe i białka integralne. Białka powierzchniowe są cząsteczkami hydrofilowymi i wiążą się jonowo przede wszystkim z polarnymi fragmentami białek integralnych lub mogą się związać z polarnymi fragmentami fosfolipidów (nie wiążą się z wnętrzem hydrofobowym dwuwarstwy lipidowej). Część białek może znajdować się całkowicie poza rejonem błony, a jedynie wiązać się z nią za pomocą kowalencyjnego wiązania z cząsteczką lipidową błony. Peryferyczne białka błonowe można uwolnić z błony poprzez zastosowanie łagodnej ekstrakcji. Proces ten prowadzi jedynie do zaburzenia oddziaływań białko-białko, natomiast nie usuwa oddziaływań hydrofobowych, przez co nie rozpuszcza dwuwarstwy lipidowej. Białka integralne są hydrofobowo związane z apolarną domeną lipidowej dwuwarstwy błony komórkowe. Do nich należą transbłonowe przechodzące raz lub kilkakrotnie$ przez całą grubość błony. Integralne białka możemy ekstrahować z błony za pomocą detergentów, czyli małych amfipatycznych podobnych do lipidów cząsteczek posiadających regiony hydrofilowe i hydrofobowe. W procesie tym, a szczególnie w jego pierwszym etapie solubilizacji (rozpuszczenia), dochodzi do uszkodzenia dwuwarstwy lipidowej na skutek usunięcia oddziaływań hydrofobowych.$ Niektóre z białek błonowych wiążą się z cząsteczkami fosfolipidów dwuwarstwy lipidowej albo wiązaniem aminowym przez glicynę, albo diestrowym za pośrednictwem cysteiny. Białka te umiejscawiają się przeważnie w powierzchniowej warstwie błony komórkowej albo od strony cytoplazmy, albo od strony zewnętrznej. Dwuwarstwa lipidowa - bariera przepuszczalności, podstawowa struktura$ Każdy lipid ma hydrofilowa głowę(lubi) i hydrofobową ogon(nie lubi) Wyróżniamy 3 podstawowe grupy lipidów: fosfoglicerydy, sfingolipidy i cholesterol. 1

Fosfolipidy - najliczniejsze, fosforanowa hydrofilowa głowa połączona z para hydrofobowych węglowodorowych ogonów$ mogą wykonywać rozmaite ruchy: ruchy rotacyjne wokół własnej osi, ruchy fleksyjne polegające na zginaniu łańcucha alifatycznego, ruchy dyfuzyjne-cząsteczki fosfolipidów$ Zróżnicowane rozmieszczenie cząsteczek fosfolipidów decyduje o asymetryczności błony komórkowej. Fosfolipidy cholinowe (fosfatydylocholina, sfingomielina, fosfatydyloinozyto) znajdują się przede wszystkim w zewnętrznej warstwie lipidowej błony, natomiast fosfolipidy aminowe (fosfatydyloetanolamina, fosfatydyloseryna) w warstwie wewnętrznej$ Fosfolipidy są amfipatyczne(zbudowane z hydrofobowych i filmowych części)$ Glikolipidy też są amfipatyczne(głowa - cukier i cholesterol) cholesterol- jest zbudowany z czteropierścieniowego układu węglowego Cząsteczki hydrofilowe łatwo rozpuszczają nie w wodzie ponieważ zawierają grupy naładowane albo nienaładowane grupy polarne$ Cząsteczki hydrofobowe są nierozpuszczalne w wodzie ponieważ są nienaładowane i niepolarne , niemotą tworzyć wiązań z cząsteczkami wody. Głowa przyciąga wodę, ogony unikają wody i dążą do agregacji z nimi - rozwiązywany przez utworzenie dwuwargowy lipidowej - najbardziej korzystana energetycznie Nowe fosfolipidy są wytwarzane w Retikulum endoplazmatycznym, przenoszeniem fosfolipidów zajmują się skramblaze - rodzaj białka transportującego, usuwa losowo wybrane fosfolipidy z jednej części dwuwarstwowa lipidowej i wstawia je do drugiej Wiązanie nie nasycone powoduje skręt$ mniejsza temp to błona sztywniejsza $ Płynność błony jest modulowana przez cholesterol(20% lipidów) - może się opakowywać w warstwę lipidową, wypełniają przestrzenie między sąsiadującymi cząsteczkami fosfolipidów. Płynność dwuwarstwy lipidowej w danej temperaturze zależy od rodzaju budujących ją fosfolipidów. Błona jest tym bardziej płynna, im więcej zawiera nienasyconych łańcuchów węglowodorowych. (Im więcej wiązań podwójnych tym błona jest bardziej$ płynna). Na płynność błon ma wpływ również temperatura. Asymetryczność - zachodzi w aparacie golgiegi,(flipazy). Asymetryczność błony jest utrzymywana również przez sfingolipidy, glikolipidy i cholesterol. warstwa E(zewnętrzna, mono warstwa niecytozolowa) i P(wewnętrzna od strony cytoplazmatycznej). Warstwy mają inny skład(składniki lipidowe) Glikolipidy - najbardziej nierównomierny rozkład, zlokalizowane w na niecytozolowej warstwie dwuwartsty, na zewnątrz, nabywają swoje grupy w aparacie golgiego, cukry eksponuje na zewnątrz komórki, Glikofosfolipidy - oddzielają komórkę od otoczenia i stabilizują błonę, Receptory niektórych hormonów i toksyn bakteryjnych, W błonie erytrocytów określają grupy krwi, stabilizuje błone Sfingolipidy - Przedstawiciele: - Ceramidy, Glikosfingolipidy - GangliozydySą swoistymi determinantami rozpoznania międzykomórkowego

- Cerebrozydy występują w błonach ośrodkowego układu nerwowego 2

Fosfolipidy inozytu - przekazywanie sygnałów z powierzchni komórki do wewnątrz kom., skoncentrowane w cytozolowej warstwie, różny rodzaj asymetrycznego rozkładu Flipazy - ułatwiają ustanowienie i utrzymanie asymetrycznego rozkładu fosfolipidów charakterystycznego dla błon komórki zwierzęcych, selektywnie usuwają fosfatydyloseryna i fosfatydyloetanoloaminę z mono warstwy skierowanej w stronę przeciwną niż cytozpol i przenoszą je do mono warstwy skierowanej do cytazolu. $ Lipidy wpływają na płynność błony(ważne w sygnalizacji) ØDwuwarstwa lipidowa musi być utrzymywana w stanie płynnym i elastycznym. Ø% nienasyconych kwasów tłuszczowych$ w fosfolipidach odpowiada za przystosowanie organizmu do warunków chłodnego klimatu. Białka Błonowe Białka błonowe są amfipatyczne hydrofobowe części znajdują się we wnętrzu dwuwargowy gdzie kontaktują się z hydrofobowymi ogonkami cząsteczek lipidów, znajdują się całkowicie w cytozolu przekazuje informacje Integralne białka błonowe$ -przechodza przez warstwę dwulipidową zwykle przez całą błonę Peryferyczne białka błonowe $ - uwalniane z błony przez łagodną ekstrakcje, - zakłucają interakcje białko-białko, $ - nie naruszając warstwy lipidowej, $ - luźno związane z powierzchnia błony$ - stanowią swoiste markery błony danego typu komórek - antygeny Szkielet łańcucha polipeptydowego jest hydrofilowy ponieważ kolejne aminokwasy sa polarne$ łańcuch boczny jest hydrofobowy Wielu białkach trans błonowych łańcuch polipeptydowy przechodzi tylko raz jednoprzebiegowy - receptory zewnątrzkomórkowe, białka$ Inne białka działają jak kanały, tworząc pory wodne w dwuwarstwowe lipidowej, aby umożliwić małym organizm przejście przez błonę - szereg helis alfa$ Wieloprzebierowe - białka zawierają hydrofobowe i hydrofilowe aminokwasy łańcucha bocznego. Hydrofobowe łańcuchy teza po jednej stronie helisy a hydrofilowe po drugiej Beczółka beta- tworzą ja harmonijki beta , wyścielają pory wodne - hydrofilowe, zewnątrz beczułki hydrofobowe $ np.poryny- tworzą duże, wypełnione woda kanały mitochondrialne i bakteryjne błony zewnętrznych. Umożliwiają przenikanie małych jonów, składników odżywczych i metabolitów. Zapobiegają przechodzeniu nieporządanych cząsteczek większych Bakteriodopsyna (pompa) - małe białko występujące w dużej ilości w błonie komórkowej, tranmsbłonow białko które pompuje H+ z wewnątrz na zewnątrz komórki.$ 3

Każda komórka bakteriovpresyny zawiera pojedynczy chromofor, absorbującą światło, niebiałkową cząsteczki retinol nadaje białku kolor fioletu $ Komórka wykorzystuje gradient protonów do przechowywania energii i przekształcania jej na ATP Kora komórki stabilizuje blonę, główny składnik to spektryna - podpora dla błony i dwuklęsly ksztalt komórki Domena białka – fragment cząsteczki białka wyodrębniony ze względu na samoistną zdolność zachowania swojej struktury trójwymiarowej niezależnie od całej cząsteczki. ky(przyłączają cukier), glikolipidy i proteogblikany znajdują się na zewnętrznej stronie błony komórkowej - Warstwa węglowodanowa lub GLIKOKALIKS% Glikokaliks - chroni powieszchnie komórki przed uszkodzeniami mechanicznymi, śliska powierzchnia, pomaga w ruchliwości komórek, adchezja, okrycie Funkcje błony komórkowej • Błona komórkowa oddziela żywą komórkę od otoczenia • Bariera o grubości ok. 5-8 nm Kontroluje ruch na zewnątrz i do wewnątrz komórki • Selektywnie przepuszczalna (co pozwala na utrzymanie względnej homeostazy utrzymanie równowagi; komórka musi utrzymywać właściwe stężenie składników pokarmowych, wody oraz eliminować produkty przemiany materii) • Ułatwia jednym substancjom łatwiejszy transport w stosunku do innych substancji. Np. substancje hydrofobowe vs. hydrofilowe • Przekazywanie sygnałów - białka receptorowe • Rozpoznawanie “swoj-obcy” - antygeny zgodności tkankowej • Miejsce zakotwiczenia enzymów, elementów strukturalnych (cytoszkieletu).

Liposom - Mikropęcherzyk (struktura supramolekularna) utworzona z dwucząsteczkowej grubości warstwy (warstw) cząsteczek amfifilowych, która posiada przedział(przedziały) wodne 4

Transport błon Transportery - małe cząsteczki organiczne lub jony nieorganiczne które przenoszą cząsteczki z jednej strony błony na drugą poprzez zmianę swojej konformacji$ [Przenoszą tylko takie cząsteczki lub jony które pasują miejsca wiążącego białko, wiążą jony lub czasu z duża swoistością$ Są wysoce selektywne - przepuszczają tylko jeden rodzaj substancji rozpuszczonej Kanały - tworzą na błonie małe hydrofilowe pory przez które substancje mogą przechodzić na zasadzie dyfuzji. Kanały jonowe przepuszczają jony. Jony mają ładunek elektryczny dlatego ich przemieszczanie może wytworzyć siłę elektryczna czyli napięcie elektryczne w poprzek błony$ Kanały rozrózniają cząsteczki na podstawie ich wielkości Transport bierny - substancje przechodzą w dół. Z przedziału o wysokim stężeniu do przedziału o niskim stężeniu, nie wymaga to siły napędowej, bez wydatku energii ze strony białka transportującego - transportery, kanały Białka wyspecializowane(transportujące) przyspieszają proces przejścia przez błony( Dyfuzja prosta > dyfuzje ułatwioną)$ Dyfuzja prosta jest to swobodny ruch atomów (jonów) cząsteczek z obszaru o wyższym stężenie do obszaru o niższym stężeniu. • Cząsteczki wędrują zgodnie z ich gradientem stężeń • Ruch ten jest wynikiem posiadanej przez cząsteczki energii kinetycznej • • • • •

Rezultatem dyfuzji jest osiągnięcie stanu równowagi (równomierne rozproszenie cząsteczek w roztworze) $ Cząsteczki przemieszczają się w sposób przypadkowy i stały.$ Dyfuzja zachodzi w sposób ciągły i równomierny.$ Przez błonę mogą swobodnie dyfundować małe, hydrofobowe cząsteczki.$ Duże cząsteczki niepolarne i bez ładunku -białka transportujące.$

Dyfuzja jest procesem pasywnym, nie wymagającym dostarczenia energii z zewnątrz, by wprawić cząsteczki w ruch. Co2,02,NO,mocznik, etanol Dyfuzja ułatwiona, Cząsteczki są za duże, by przenikać przez błonę samoistnie Mogą przenikać, jeśli istnieje specjalny kanał białkowy. Białka tworzące kanały są to otwarte pory w dwuwarstwie lipidowej, przez które przenikają cząsteczki o odpowiedniej wielkości i ładunku. Dobrze scharakteryzowane są białka tworzące kanały jonowe w bł. kom. dl jonów K+, Na+ oraz Ca++. Dyfuzja przez błonę komórkową: • cząsteczki przemieszczają się w sposób przypadkowy i stały • dyfuzja zachodzi w sposób ciągły i równomierny • przez błonę mogą swobodnie dyfundować małe, hydrofobowe cząsteczki • duże cząsteczki niepolarne i bez ładunku – białka transportujące Czynniki wpływające na szybkość dyfuzji: • Różnice w gradiencie stężenia • Temperatura • Powierzchnia dyfuzji • Rodzaj cząsteczek lub jonów, które dyfundują 5

Szybkość:) - małe cząsteczki niepolarne jak O2, CO2, - szybko dyfundują bo łatwo rozpuszczają się w dwuwarstwowe lipidowej) -nieładowane cząsteczki polarne(woda, etanol) - szybko dyfunduje jak są małe glicerol wolnej, glukoza - prawie wcale) -naładowane - nieprzepuszczalne $ Ponieważ dwuwargowa lipidowa jest nieprzepuszczalna dla jonów dlatego komórki utrzymują stały skład wewnętrzny (najważniejsze joint to Na+, K+, Ca2+, Cl-, H+)) Na+ na zewnątrz równoważy Cl-) K+ wewnątrz równoważą ujemnie nieorahniczne i organiczne jony) Aby komórka się nie rozerwała przez siły elektryczne, liczba ładunków elektrycznych dodatnich jest równoważona przez ładunki ujemne, otoczenie komórki tez $ Potencjał błonowy - różnica potencjałów elektrycznych tworzący przez nierównowagę elektryczna, napędza transport metabolitów i zapewnia mozliwosc komórka pobudzonym komunikowanie si z sąsiednimi komórkami ) Gdy komórka nie jest pobudzona, przepływ kation i anionów przez błonę komórkowa jest precyzyjnie równoważony - zachodzi wtedy spoczynkowy potencjał błonowy Aby przenieść wbrew gradientowi stężeń białko transportujące musi wykonać prace - z niższego stężenia do wyższego stężenia - transport aktywny(nienaładowane cząsteczki) - jest prowadzony przez pompy ) Transport aktywny - pompa sodowa, pompa wapniowa, endocytoza, egzocytoza$ Pompy - prowadza aktywny transport na 3 sposoby) 1. pompy napędzane gradientem) sprzedają transport przez błonę dwóch substancji w tym substancji transportowanej wbrew gradientowi stężeń i substancji transportowanej zgodnie z gradientem$ 2.pompy napędzane ATP) Prowadzą transport wbrew gradientowi stężeń korzystając z energii ATP$ 3.pompy napędzane światłem) w kom. Bakteryjnych, transport wbrew gradientowi stężeń korzystając z energii światła słonecznego $ ^Formy transportu są ze sobą sprężone $

Pompa Na+ ) - centralna pozycja w gospodarce energetycznej komórki zwierzęcej ) - zużywa 30%. ATP) -energia potrzebna do wpompowania Na+ do komórki) -wprowadza K+ do komórki) -10 milisekund) -działa bez przerwy$ Stężenie jonów Na+ poza komórką jest 14,5 razy wyższe niż wewnątrz komórki, odwrotnie jest z jonami K+, których stężenie wewnątrz komórki jest 28 razy wyższe niż poza komórką. Utrzymanie tych różnic stężenia jonów po obu stronach błony komórkowej wymaga nakładu energii pochodzącej bezpośrednio z hydrolizy ATP.$ Podczas pompowania energia uwalniana w wyniku hydrolizy ATP zasila stopniową serie zmian konformacji białka, które napędzają wymiany jonów Na+ i K+. W trakcie tego procesu grupa fosforanowa uwalniana z ATP jest przyłączano do białka ) 6

Działanie:$ Najpierw jony Na+ są wiązane w miejscach o dużym do nich powinowactwie od strony cytoplazmy. Aktywuje to hydrolizę ATP i fosforylację pompy, doprowadzając do przesunięcia miejsca wiązania jonów Na+ ku zewnętrznej stronie błony oraz zmniejsza powinowactwo Na+, które są uwalniane poza komórkę. Jednocześnie w pompie na powierzchni komórki pojawiają się miejsca silnie wiążące K+, co wywołuje hydrolizę grupy fosforanowej białka pompy. Powoduje to przesunięcie miejsca wiązania K+ do wnętrza komórki i zmniejsza powinowactwo K+ tak, że są one uwalniane do cytoplazmy. Strofantyny(ouabainy) - hamuje pompę Na|+ i K|+ , zapobiega wiązaniu zewnątrz komórkowego K+ $

Pompa Ca2+ Stężenie Ca+ utrzymywane jest na niskim stężeniu w cytozolu, Ca+ wiąże się z różnymi białkami w komórce, zmieniając ich aktywność, im mniejsze wyjściowe stężenie wolnych jonów Ca+ w cytozolu tym większa wrażliwość komórki na wzrost stężenia (kom eukariotyczne utrzymują małe stężenie małe stężenie wolnych jonów)) Różnica jest utrzymywana dzięki dzięki pomp Ca2+ - napędzanych przez ATP - usuwają one Ca2+ z cytozolu$ Pompy Ca2+ to ATPazy , pompy Ca2+ powracają do swojej wyjściowej konformacji bez wymogu wiązania i transportu drugiego jonu, Przejściowy wzrost stężenia Ca++ wewnątrz komórki ma ważne znaczenie dla sygnalizacji wewnątrzkomórkowej oraz skurczu mięśniowego. $ Pompy napędzane gradientem - prowadzą transport który dostarcza energii substancji stransportwanej wbrew gradientowi stężeni od substan czi transportowanej z gradientem $ Symport - przemieszcza obie substancje w tym samym kierunku$ Antyport - przemieszcza obie substancje w przeciwnych kierunkach$ Uniport - przemieszcza jeden typ substancji zgodnie z jej gradientem np.glukoza

Cytoplazmtyczna błona ma ładunek ujemny względem otoczenia komórki$ Gradient elektrochemiczny - wypadkowa gradientu stężeń i potencjału błonowego$ W przypadku Na+ gradient stężeń działa w tym samym kierunku, na+ dąży do wejścia do wewnątrz komórki) Gdy napięcie elektryczne i gradient stężeń działają w tym samym kierunku - gradient elektrochemiczny może być mały np.K+$ Akwaporynami - ułatwiają transport wody, niezbędne do funkcjonowania nerek$ Osmolarność - całkowite stężenie substancji rozpuszczonych wewnątrz komórki) Gradient osmotyczny - może wciągnąć wodę do komórki) Osmoza- przechodzenie cząsteczek wody zgodnie z gradientem stężeń - z obszaru o niskim stężeniu substancji rozpuszczonych do obszaru o wysokim stężeniu sub. rozpuszczonych ) Osmoza przy braku jakiejkolwiek siły przeciwdziałającej może spowodować pęcznienie komórek, komórki eukariotyczne utrzymują równowagę za pomocą pompom usuwającym jony Na+$ Transporter glukozy (transport bierny) - siła elektryczna glukozy wynosi 0 ponieważ jest nienaładowaną cząsteczką, kierunek transportu jest określony przez jej gradient stężenia.) Gdy na zewnątrz jest dużo glukozy(po posiłku) cukier wiąże się do miejsc wiążących i 7

białko zmienia konformacje wprowadza to cząsteczki do wnętrza i uwalnia je do cytozolu) Gdy s.glukozy jest małe na zewnątrz glukagon stymuluje Komorki wątroby do wytworzenia glukozy w wyniku rozpadu glikogenu w konsekwencji stężenie glukozy w komórkach staje się większe niż na zewnątrz, glukoza wiąże się z nośnikami, białko zmienia konformacje w przeciwnym kierunku i glukoza zostaje wyprowadzona z komórki w ten sposób glukoza staje się dostępna dla innych komórek Glukoza zawiera uniporty(uwalniają glukozę do innych komórek) i symporty( wykorzystuje energiengradientu Na+ do aktywnego importu glukozy i zwiększenia jej stężenia w cytozolu)$ Na+-H+ - dzięki gradientowi Na+ wypompywowuje H+ z komórki - kontrola pH w cytozolu$

Kanał jonowy+– cylindryczne białko błonowe tworzące hydrofilowe pory, posiadające zdolność kontrolowanego przepuszczania jonów przez błony biologiczne wszystkich żywych komórek zgodnie z ich gradientem stężeń) -duża selektywność jonowa - przejście tylko niektórych jonów nieorganicznych(zależy od kształtu i średnicy)) -nie są uutawniczo otwarte , otwierają się tylko na krótko ) -bramkowanie - określony bodziec powoduje zmianę ich konformacji i w konsekwencji przełączenie między stanem zamkniętym a otwartym) -szybsze niż transportery) -nie sprzęgają przepływu jonów z żadnym źródłem energii) -wszystko albo nic - otwarty kanał jest całkowicie otwarty, zamknięty to kurwa zamknięty $ Kanał Bramkowany napięciem - prawdopodobieństwo otwarcia zależy od potencjału błonowego, zawierają domeny białkowe(czujniki napięcia), które są wrażliwe na zmiany potencjału błonowego, gdy kanał się otwierają potencjał błonowy może ulec zmianie ) kanał brakowany ligandem - kontrolowany przez wiązanie określonej cząsteczki(liganda) x białkiem kanału) 8

Kanały brakowane naprężeniem mechanicznym - otwarcie kontrolowane przez siłę mechaniczna przyłożoną do kanału np komórki słuchowa - drgania$ Kanały bramkowe odgrywają główną role w przewodzeniu sygnałów elektrycznych wzdłuż wypustek komórek nerwowych$ Spoczynkowe kanału K+ - pozwalają swobodnie przechodzić przez błonę...