5. klidový potenciál
DESCRIPTION
5. Klidový potenciál. A. Membran ový transport z hlediska fyzikálního. -. +. ++. +. ++. -. -. ++. +. +. ++. -. +. ++. ++. -. -. +. Pomocí transportních proteinů. Prostřednictvím mem- bránových váčků. 1. 2. 3. Přímo přes membránu. Glu kóza Nu kleotidy. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
CO2
vodakyslík
A. Membranový transport z hlediska fyzikálního
+
++-
++
++
++
++
-
-
-
-
+
+
+
+
-+
++
glycerol
Mastnékyseliny
difůze / osmózaKANÁLusnadněná
difůze Fagocytóza
Endo-/Exocytóza
IontyAminokyseliny
GlukózaNukleotidy
LDL,HDL
1. 3.2.Přímo přes membránuPomocí transportníchproteinů
Prostřednictvím mem-bránových váčků
proteiny
neurotronsmitery
ethanol
PŘENAŠEČpřenašečový
transport
http://www.blackwellpublishing.com/matthews/neurotrans.html
viry
B. Membránový transport na základě energetických požadavků
Osmóza Prostádifůze
Usnadněnádifůze
kanály přenašeče přenašeče
voda
Pasivní transportPasivní transport
Aktivní transportAktivní transport
ATP
1.2.
ATPT
P
Tvoří vodou vyplněný pór
Spojují přímo vnější a vnitřní prostředí buňky
Transportují malé molekuly, především ioty a vodu
Transport probíhá velmi rychle
Nikdy přímo nespojují vnější prostředí s vnitřním
Vyskytují se ve dvou konformacích – jsou otevřeny buď ven z buňky nebo dovnitř buňky
Transportují větší molekuly [glukóza, nukleotidy]
Transport je pomalejší ale vysoce selektivní
Usnadněná difůzeATPT
Aktivní transportATPpřenašeče
KANÁLY Prostá difůzeATPT
Součástí kanálu jsou tzv. vrátka – speciální proteinová oblast , která uzavírávstup do kanálu. Otvírání vrátek je vyvoláno specifickými podněty a tím je regulován pohyb částic kanálem.
Otevřené kanály
Umožňují volný pohyb iontů oběma směry. Nazývají se póry. Otevřené kanály pro transport vody se nazývají akvaporiny.
Vrátkové kanály
Vrátka uzavřena Vrátka otevřena
Membrána
Intracelulární prostor
KANÁLY Prostá difůzeATPT
VRÁTKOVÉ KANÁLY - regulace Prostá difůzeATPT
A. Elektricky regulován C. Mechanicky regulován
Otvírání vrátek je regulováno následujícími mechanismy:
teplotatlak
Změna polarity membrány
+ + + + + +
- - - - - -
B. Vazbou chemického mediátoru (Intracelulárně nebo extracelulárně)
C. Fyzikálními vlivy [teplota, tlak]
A. Elektrickým signálem
B. Chemicky regulován
ligand mediátor
IONTOVÉ KANÁLY - regulace Prostá difůzeATPT
transportují výhradně anorganické ionty, především Na+, K+, Cl- a Ca2+
na zlomky sekund se otvírají a umožní tak transport iontů, pro které je jinak membrána nepropustná
Iontově specifické: Kanálem mohou být transportovány pouze ionty, pro které je daný kanál specifický. Selektivita závisí na průměru, tvaru a typu aminokyselin ve vnitřní části kanálu
Vrátkové: Iontové kanály se otvírají pouze na krátkou dobu, většinu času jsou uzavřeny
Bacteriální K+ kanál Tvoří selektivní filtr, který kontroluje,jaké ionty mohou přes kanál projít a které ne.
Funkce iontových kanálů:
Typické vlastnosti iontových kanálů:
a jejich role při vzniku
NERVOVÉHO SIGNÁLUNERVOVÉHO SIGNÁLU
+ + + + + +
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
- -- - ++
Na+ Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
++
Na+
TRANSPORTNÍ MEMBRÁNOVÉ PROTEINY
Jsou zodpovědné za vznik elektrického impulzu (AP – akční potenciál)
... a tím šíření nervového vzruchu...
+
+
+
+
+
+
++
+
+
+ +
+
+
++
---
---
---
-- -
--
-
-
Rozložení elektrických nábojůuvnitř a vně buňky
Ve skutečnosti existuje pouze malý přebytek kladného nebo Ve skutečnosti existuje pouze malý přebytek kladného nebo záporného náboje v blízkosti plasmatické membrány (toto rozložení je záporného náboje v blízkosti plasmatické membrány (toto rozložení je zdrojem důležitých elektrických efektů = membránový potenciál)zdrojem důležitých elektrických efektů = membránový potenciál)
+
+
+
+
+
+
++
+
+
+ +
+
+
++
+
++
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+++
+
+
+
+
+
+
+
+
+
++
+
+
+
+
+
++
+
+
-
--
-
--
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
- -
-
-
-
-
-
-
-
---
K-3
Pokud nemají buňku roztrhat elektrické síly, musí být kladné náboje Pokud nemají buňku roztrhat elektrické síly, musí být kladné náboje v buňce vyváženy téměř stejným množstvím záporných nábojů ( totéž v buňce vyváženy téměř stejným množstvím záporných nábojů ( totéž platí i o okolní kapalině)platí i o okolní kapalině)
+
+
+
+
+
++
+
+
+
+ +
+
+
++
---
------- - -
--
-
-
+
+
-
-
-
-
-
-
++
+
+
+
+ +-
-
-
-
-
-
+
+
++
+
+
-
+
+
-+
-
-
-
-
Náboje odpovědné za membránový
potenciálale…ale…
ionty na membráně
Vnitřní prostor buňky Vnější prostor buňky
K-4
Distribuce iontů na membráně
• pro zjednodušení mluvíme o elektricky neutrálním vnitřku a okolí buňky
• ale ve skutečnosti je uvnitř buňky náboj mírně negativní, což způsobuje efekt přitahování kladných a záporných nábojů k membráně a vzniku elektrického potenciálu
-
+
+
-+
-
-
+
+
-+
-
-
+
+
-+
-
-
+
+
-+
--
-
--
++++
Elektricky neutrálnívnitřní prostor buňky
Elektricky neutrálníokolí buňky
kationty vně buňky a anionty uvnitř buňky
jsou vzájemně přitahovány, ale jsou oděleny membránou
+ -
+
++
+ --
--
K-5
Význam membrány při tvorbě membránového potenciálu Buněčná membrána plní funkci přehradní hráze: Membrána odolává elektrochemickým silám, které navzájem ionty přitahují
Ionty - podobně jako voda za přehradní hrází - mají potenciální energii.
Separací a nabitých částic je na membráně
vytvořenelektrický potenciál
+ -
Elektrický potenciál ne membráně = membránový potenciál
K-6
obecný termín, obecná vlastnost všech obecný termín, obecná vlastnost všech živých buněkživých buněk
je základem všech elektrických aktivit v je základem všech elektrických aktivit v buňkáchbuňkách
buňka si udržuje různou koncentraci kationtů a aniontů mezi intra- a extracelulárním prostředím → tím vzniká na jejich membráně potenciálový rozdíl = napětí
u většiny membrán existuje mezi jejich u většiny membrán existuje mezi jejich povrchy napětí – rozdíl v elektrických povrchy napětí – rozdíl v elektrických potenciálech na každé straně membrány potenciálech na každé straně membrány → tento potenciál působí na každou → tento potenciál působí na každou molekulu, která nese elektrický nábojmolekulu, která nese elektrický náboj
Membránový potenciál
K-7
Membránový potenciál…
je vyjádřen rozdílem napětí (volty, milivolty) vně a uvnitř membrány
uvádí se v záporných hodnotách vzhledem k zápornému náboji uvnitř buňky.
pohybuje se v rozpětí -20mV až -200 mV, v závislosti na organismu a typu buňky.
Membránový potenciál
Vyjadřuje rozdíl mezi:
nábojem vně buňky
nábojem uvnitř buňky-+
je dán nerovnoměrnou distribucí elektrického náboje na obou stranách plasmatické membrány a mění se při průtoku iontů otevřenými kanály.
K-8
Klidový potenciál
Buňka v klidovém stavu transport iontů přes membránu je v rovnováze
klidový membránový potenciál.
např. u nepodrážděných svalových a nervových buněk
Membránový potenciál vzrušivé buňky v klidovém stavu se označuje jako klidový potenciál.
Klidový membránový potenciál mají všechny buňky – je přítomen na všech buněčných membránách, ale pouze na vzrušivých membránách (neurony…) může docházet k jeho změnám a výkyvům.
U neuronů je jeho hodnota obvykle okolo – 70 mV.
K-9
Ionty • nejhojnější ionty v okolí buněk Na+,K+, Ca2+, Cl-, H+…• jejich pohyb přes buněčné membrány je základem
mnoha buněčných dějů• pohyb těchto iontů hraje zásadní význam při práci
nervových buněk
P- = vázanéanionty (proteiny),
které nemohouprojít přes membránu
relativní koncentraceiontů v buňce a okolí
Na+
K+
Na+
K+
Cl-Cl-
P-
koncentraceiontů
K-10
Nerovnoměrná distribuce iontů na membráně
Vysoká koncentrace Na+ v okolí buňky je vyvažována hlavně extracelulárními ionty Cl-. Vysokou koncentraci K+ uvnitř buňky vyrovnává celá řada záporně nabitých aniontů (Cl-, anorganické ionty → HCO-3, PO3-4, HPO2-4, vázané organické anionty…)
Hlavním kationtem vně buňky je sodíkový iont Na+.
Uvnitř buňky je náboj mírně negativní: většina organických molekul [bílkoviny] uvnitř buňky má negativní náboj; ten je vyrovnán sodíkovými kationty K+, hlavním intracelulárním kationtem
Na+
K+
Na+
K+
Cl-Cl-
P-
Vysoká koncentraceNa+ vně buňky a K+ uvnitř buňky je v buňce zajišťován tzv.sodno-draselnou pumpou
Na/ K pumpa neustále transportuje Na+ ven z buňky a K+ dovnitř buňky.
Hlavním kationtem uvnitř buňky je draselný iont K+.
K-11
kladně nabité ionty se snaží dostat do záporně nabité buňky kladně nabité ionty se snaží dostat do záporně nabité buňky a záporně nabité ionty se snaží dostat ven z buňkya záporně nabité ionty se snaží dostat ven z buňky
++
++++
++++
++
++
++++
++
++++
++
++
++
++++
++
++
++
POHYB IONTŮ PŘES MEMBRÁNU
K-12
Elektrochemický potenciál
Síla, která žene látky(ionty) přes membránu
= Koncentrační gradient + Membránový
potenciál
ELEKROCHEMICKÝ POTENCIÁL
+
+
+
+
-
-
-
-
Na+ → má strmý elektrochemický potenciál, koncentrační gradient a membr. potenciál se sčítají - působí stejným směrem (Na+ vstupuje do buňky velmi rychle)
K+ → elektrochemický potenciál je malý, koncentrační gradient a membr. potenciál působí v opačných směrech (výsledek: malý tok K+ přes membránu )
K-13
K+
Na+
Transport iontů přes membránu
přenašečový protein kanálový protein
procházíkonformační
změnou
vytváříhydrofilní
pór
Na+
K+
Iontové kanálySodno/draselná pumpa
spotřebaenergie Na+
Na+
Na+Na+
Na+Na+
K+ K+
K+
K+
K+ K+
Na+
Na+
Na+
bezenergie
K-14
TYPY IONTOVÝCH KANÁLŮ
Iontové kanály řízené napětím
Chemicky řízenéiontové kanály
se otevírají nebo zavírají na chemický podnět (např. neurotransmiter uvolňovaný ze synaptického zakončení)
reagují na změny membránového potenciálu a umožňují průchod pouze jednomu typu iontu
V buňkách můžeme nalézt chemicky řízené sodíkové a draslíkové kanály, stejně tak jako napětím řízené sodíkové a draslíkové kanály.
Každý typ kanálu hraje nezastupitelnou roli při vytváření a přenosu elektrických signálů – nervového vzruchu.
K-15
Iontové kanály
Na+ K+
zaměřené na transport iontů: Na+, K+,Cl-,Ca2+
uzavřenýkanál
uzavřenýkanál
otevřenýkanál
otevřenýkanál
Kanály jsou iontově selektivní: mohou projít jen ionty vhodné velikosti a náboje.
strukturaK+ kanálu
Kanály jsou uzavíratelné: regulují průtok iontů přes membránu.
Vybraným iontům je dovoleno rychle difundovat ve směru jejich elektrochemického potenciálu přes membránu. Pasivní transport.
Nárazový tok iontů přes membránu představuje impuls elektrického náboje – vzruch.
inaktivovanýkanál
Chemicky řízenéiontové kanály
K-16
K+ Na+
Přenašeči iontů na membráně
Na+
+ ++ ++ + ++ + + +
- - - -- -- - - -- -
K+
K+K+
Na+
Na+
Na+
+Na+K+
Iontové kanálySodno/draselná pumpa
K+K+
K+
Na+
Na+
Na+
K-17
Na/K pumpa čerpá Na+ a K+ ionty proti jejich elektrochemickému gradientu.
K+
K+
K+K+
K+K+
K+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
+ + + +++
- - - - - -
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
K+
K+
K+K+
K+
K+
gradientelektrochem.
potenciálu Na+
gradientelektrochem.potenciálu
K+
K-18
+ + + + + + + +
- - - - - - - -
ENERGIE
Na+
Na +
Na+
Na +
Na +
Na +
Na +
Na +
Na+
Na+
K+
K+ K+
Na+
K+
K+
K+
Na +
1
K+
K+
Na/K pumpa K-19
+ + + + + + + +
- - - - - - - -
ENERGIE
Na +
Na+
Na+
Na+
K+K+
Na +
Na +
Na +
Na +
Na +
K+
K+
K+
K+
Na+
K+
K+
Na+
Na+
2
Na/K pumpa K-20
+ + + + + + + +
- - - - - - - -
Na + Na +
Na +
Na +
Na +
Na +
K+
K+
Na/K pumpa
Navázání Na+ na vazebné místo přenašeče.
Vazebná místa pro K+ jsou deformována. Tím je zaručeno, že se K+ nebudou přemísťovat - pomocí pumpy- z buňky do okolí.
K-21
+ + + + + + + +
- - - - - - - -Na +
Na +
Na +
ENERGIE
K+
K+
Na+
Na+
Na+
Na/K pumpa
Navázání Na+ aktivovalo ATPázovou činnost přenašeče.
Dochází k rozštěpení ATP na ADPa fosforylovou skupinu P, která se váže na samotnou pumpu.
P
Navázání P na pumpu (fosforylace)způsobí změnu konformace a přenos Na+ na druhou stranu membrány.
Vazebná místa pro K+.
K-22
+ + + + + + + +
- - - - - - - -
K+
K+
Na+
Na+
Na+
Na/K pumpa
Uvolnění Na+ do extracelulárního prostoru.
Po uvolnění Na+ se tyto vazebná místadeformují, aby nedošlo ke zpětnému navázání a přenosu Na+ směrem do buňky.
P
K-23
+ + + + + + + +
- - - - - - - -
Na+ Na+
Na+
K+
K+
Na/K pumpa
Navázání K+ na pumpu.
P
Navázání K+ spustí odstranění fosforylové skupiny (defosforylace).
K-24
K+
K+
Na+
K+
K+
Na+
Na+
Na/K pumpa
+ + + + + + + +
- - - - - - - -
Konformační změna pumpy, která má za následek přenesení K+ přes membránu.
Defosforylace zapříčiní návrat pumpy do její původní konformace.
K-25
+ + + + + + + +
- - - - - - - -
Na+
K+
K+
Na+
Na+
Na/K pumpa
Výsledkem defosforylace je návrat pumpy do její původní konformace a uvolnění K+ do vnitřku buňky.
K-26
Na/K pumpa
Na+
Na+
K+
Na+
K+
ATP ADP+P
je enzymem ATP-ázou hydrolyzuje ATP→ADP + P
spřahuje čerpání Na+ z buňky s transportem K+ do buňky
zaujímá ústřední místo v energetické bilanci živoč. buňky a spotřebuje až 30% všeho ATP v buňce
Na/K se podílí na zamezení vstupu Cl- do buňky tím, že pomáhá udržovat membránový potenciál
pokud dojde k zastavení Na/K pumpy, proniknou Na+ a Cl- do buňky a tím poruší osmotickou rovnováhu, to vede k nabobtnání a prasknutí buňky
K-27
GLUKOSO-SODNÝ GLUKOSO-SODNÝ TRANSPORT TRANSPORT
Na+Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+
Na+Na+
Na+
glu glu
glu
glu
gluglu
glu
glu
gluglu
glu
koncentračníspád glukósy
gradientelektrochem.
potenciálu Na+
Na+
Na+glu
Na+
glu
Transport přes membránu, který využívá toku Na+ dovnitř po elektrochemickém gradientu k pohonu přenosu dalších látek - glukosy do buňky.
Přenos glukosy ze střeva k buňkám bez spotřeby ATP.
Zajišťuje přenos glukosy ze střeva i v případě,že je koncentrace glukosy vyšší v buňce nežve střevě.
Přenašeč glukosy je poháněn gradientem Na+. Přenašečový protein je otevřený do extracelulárního prostoru.
Na+ a glukosa se na přenašečváží stejně dobře, ale přenašeč je účinný až po navázání obou látek.
K-28
Shrnutí: pohyby a rozložení iontů v buňce
Na+
K+
Na+
K+
Cl-
Cl-
P-
Na+
Na+
K+
K+
+
+
+
+
+
+
++
+
+
+
+
++
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
pasivní transport
aktivní transport
K-29