FenomeneFenomene de transport de transport prinprinmembranamembrana celularcelularăă

• Structura şi funcţiile membranei celulare

• Modalităţi de transport membranar

• Receptori şi traductori de informaţie în

membranele biologice

MembranaMembrana celularcelularăă (5(5--7 nm) 7 nm)

• ansamblu de structuri supramoleculare aflatla periferia celulei care separă mediulcelular de interstiţial;

• separă şi organitele celulare de citoplasmă;

• este semipermeabilsemipermeabilăă;

• este selectivselectivăă.

StructuraStructura membraneimembranei celularecelulare• modelul mozaiculuimozaicului fluid fluid proteolipidicproteolipidic al

lui Nicholson şi Singer (1972)

• Bistrat lipidic

• Proteine• Glicoproteine

MicrodomeniiMicrodomenii lipidicelipidice

((““lipid raftslipid rafts””))

MoleculeleMoleculelelipidicelipidice

• Sunt amfifile

• Dublă legătură cis

nesaturată – “kink”

BistratulBistratul lipidiclipidic• fosfolipide (fosfatidilcolina, sfingomielina,

fosfatidilserina, fosfatidilinositol, fosfaditiletanolamina)

• glicolipide• colesterol

Rol major: formarea matricii pentru fixarea proteinelor

Bistratul lipidic format prezintă fluiditate

ColesterolulColesterolul

imobilizeazaparţial grupările hidrocarbonate

din cozile fosfolipidelor, având ca efect

scăderea fluidităţii biomembranelor

În funcţie de concentraţia fosfolipidelor în apă, se pot realiza trei tipuri de structuri

•• monostratmonostrat (concentraţii mici)

– lipidele sunt surfactanţi

•• micelemicele (concentraţii mari)

•• bbistraturiistraturi (concentraţii foarte mari)

– miezul lipidic fiind hidrofob este exclus din

faza apoasă, iar bistraturile lipidice se închid

spontan formând vezicule stabile.

Experimentul Gorter şi Grender, 1925

ProteineleProteinele membranaremembranare –– elementeleelementeleactive ale active ale membraneimembranei

• Fenomene de transport

• Mişcarea coordonată

• Cataliza enzimatică

• Transductia semnalelor

• Imunoprotecţie

• Recunoaşterea celulă-celulă

• Suport mecanic

ProteineleProteinele membranaremembranare– intrinseci (integrale) – extrinseci (periferice)

ProteineleProteinele membranaremembranare

pot executa mişcări de:– difuzie laterală– rotaţie

• Fluiditatea membranelor biologice depinde şi de cantitatea de colesterol din membrană

• Unele antibiotice formatoare de canal (Nystatinul) operează numai în membrane ce conţin colesterol,

• Colesterolul descreşte permeabilitatea biomembranelor pentru moleculele biosolubile mici, conducând la creşterea stabilităţii mecanice a bistratului lipidic.

• Membrana se sprijină pe un citoscheletcitoschelet (proteinefibrilare)

•• CitoscheletulCitoscheletul:– menţine forma celulei

– permite mişcarea celulei

– mişcă structurile din interiorul celulei (ex: la fagocitoză)

• Membrane artificialeartificiale:• lipozomii• bistratele lipidice

»BLM»SSM

FuncFuncţţiileiile membraneimembranei celularecelulare

1.menţine caracteristicile diferite ale

compartimentelor pe care le separă;

2. transportul unor molecule, ioni, macromolecule,

complexe supramoleculare;

3. traducere şi transfer de informaţie;

4. implicare în funcţiile celulare.

ModalitModalităăţţi de i de transport membranartransport membranar

•Macrotransport

•Microtransport

•Macrotransport

––FagocitozaFagocitoza (solide)

––PinocitozaPinocitoza (lichide)

– Endocitoza

– Transcitoza

– Exocitoza

MicrotransportMicrotransport

1.Pasiv2.Activ

Transportul pasivTransportul pasiv

• are loc în sensul gradientului

electrochimic sau de presiune

• fără consum de energie metabolică

• spre echilibrul termodinamic

Transportul pasivTransportul pasiv

• ∆W > 0 ionii tind să părăsească celula

• ∆W < 0 ionii tind să pătrundă în celulă

• ∆W = 0 transportul încetează la echilibru

• ecuaţia Nernst:

( )exinex

inexin VVzF

cc

RTWWW −+=−=∆ ln

in

exexin c

czFRTVVE ln=−=

ModalitModalităăţţi de transport pasivi de transport pasiv

1.1. Difuzia simplDifuzia simplăă

2.2. Difuzia facilitatDifuzia facilitatăă

3.3. Difuzia prin canale Difuzia prin canale şşi porii pori

Difuzia simplDifuzia simplăă• se produce prin

dizolvareadizolvarea specieimolecularetransportate înmembrană

• depinde de coeficientulde partiţie β.

• conform legii lui Fick:

P = β D/δ

CeCe particuleparticule pot pot strstrăăbate bate

membrana prin membrana prin difuzie simpldifuzie simplăă??

• Ioni?

• Macroioni?

• Macromolecule?

• Molecule hidrofobe nepolare?

Ce particule pot străbate membrana prin difuzie simplă?

DifuziaDifuzia facilitatfacilitatăă

• moleculele hidrofile mari şi unii ioni

• se face prin utilizarea unor

molecule transportoare

• acţionează în sensul gradientuluielectrochimic

• se bazează pe proprietatea

transportorului de a se putea găsi

în două stări conformaţionale

• poate fi inhibată

– inhibiţie competitivă

– inhibiţie necompetitivă

Trecerea substanţelor neliposolubile

Difuzie prin pori şi

canale ionice

Difuzia prin poriDifuzia prin poriPori – structuri neselective, contează doar diametrul particulei

CanaleleCanalele ioniceionice• proteine specializate care străbat bistratul

• permit trecerea unor substanţe care nu sunt liposolubile

• permit trecerea ionilor în ambele sensuri, preponderent

în sensul gradientului electro-chimic

• eficacitate mare 106 – 108 ioni/s

• sunt structuriselective

• specia transportată (S1) se leagă de

proteina canal (E), formând un

complex enzimă-substrat (ES)

• funcţionarea:

•ecuaţia Michaelis-Menten

2121 SEESSE kk +⎯→⎯⎯→⎯+

Deschiderea şi închiderea canalului -comandată printr-un mecanism specific:

modificarea• electric - potenţialuluimembranar

• chimic

• alte mecanisme

• transportul prin canale poate fi inhibat cu ajutorul unor blocanţi specifici (toxine)

• parametru electric al canalului:

conductanconductanţţa (G) = 1/Ra (G) = 1/R[G]SI = 1 S (Siemens)

• ionofori

Membrana celularMembrana celulară ă poate fi traversatpoate fi traversată ă prin transport pasiv de cprin transport pasiv de căătretre

1. molecule mici hidrofobe - difuzie simplă

2. ioni - canale şi difuzie facilitată

3. molecule hidrofile mari - difuzie facilitată

4. apă – difuzie simplă, osmoză, porine

CanaleCanaleTransportoriTransportori

• au o viteză multmai mare de transport a ionilor

• au o specificitate maimare decât canalele

• sunt în număr mult maimare decât canalele

• pot participa şi la transportul activsecundar

TransportulTransportul activactiv

• formă de transport care necesită energie

metabolică - cuplare energetică imediată

• se realizează în sensul invers gradientului

de potenţial electrochimic

Transport activTransport activ

•primar

•secundar

TransportulTransportul activactiv primarprimar

• Se realizează cu ajutorul pompelor

ionice membranare

• De obicei, foloseşte energia rezultată din

hidroliza ATP

• Stabileşte un gradient de concentraţie

• Poate fi saturat

• hidroliza ATP furnizează energia care permite translocarea a

– 3 ioni de Na+ în exterior

– 2 ioni de K+ în interior

• este electrogenică

• asigură osmolaritatea pe feţele membranei

Mecanismul de transport al Na+,K+- ATP-azei

TransportulTransportul activactiv secundarsecundar

• pătrunderea speciilor transportate într-un

compartiment împotriva gradientului lor

electrochimic

• asociere cu molecule care se deplasează

normal conform propriului lor gradient de

concentraţie

• gradientul este menţinut prin transport activ

primar

Transport activ secundarTransport activ secundar

• simport (co-transport)

• antiport(contra-transport)

Antiportul de 3Na+/Ca2+

menţine scăzută concentraţiaionilor de calciu în interiorul

celulelor

Simportul glucoza – Na+ din celulele mucoasei intestinale

Transport activTransport activ

ReceptoriReceptori şşii traductoritraductori de de informainformaţţieie

• Receptorul– structură macromoleculară din membrana celulară

– are capacitatea:• de a recunoaşte o moleculă semnal din mediul

extracelular, numită mesager prim• de a interacţiona cu ea rapid şi reversibil

• În urma interacţiei, celula poate sintetiza o altă

moleculă semnal – mesager secund•declanşează răspunsul celular specific.

Mesageri primiMesageri primi

• mediatorii chimici• hormonii• antigenii• medicamentele• drogurile

Mesageri secunziMesageri secunzi

• acidul adenozin monofosforic ciclic (c-AMP)

• acidul guanozin monofosforic ciclic (c-GMP)

• diacil glicerolul (DAG)

• inozitol trifosfatul (InosP3)

EtapeleEtapele semnalizsemnalizăăriiriiintercelulareintercelulare

• Legarea receptor – ligand

• Transducţia semnalului

• Răspunsul celular

• Modificări ale activităţii celulare la nivelul metabolismului sau la nivelul expresiei genelor

ClasificareaClasificarea semnalelorsemnalelor

• Endocrine

– Hormoni produşi în glandele endocrine

• Paracrine

– Sunt generate de celule şi acţionează local în vecinătate

• De contact

– Necesită contactul intercelular• Nervoase

– Se transmit de-a

lungul axonilor

către celulele ţintă

Receptori membranariReceptori membranari

•Ionotropi

•Metabotropi

Receptorii ionotropiReceptorii ionotropi• o zonă receptoare - se leagă mesagerul prim;

• o zonă efectoare - comunică senzorului canalului comanda de deschidere sau închidere a porţii;

• multimeri, formaţi din 4 sau 5 subunităţi proteice individuale

• afectează direct activitatea celulei prin deschiderea nemijlocită a unor canale ionice

• exemple: receptorul nicotinic de acetilcolină, receptorul acidului gamma-aminobutiric (GABA), receptorul glicinic

ReceptorulReceptorul nicotinic denicotinic deacetilcolinacetilcolinăă

ReceptoriReceptori metabotropimetabotropi

• nu au canale ionice ca parte a structurii lor, dar pot afecta funcţionarea unui canal prin

– activarea unor molecule (proteine efectoare) numite proteine G (receptori cuplaţi cu proteine Greceptori cuplaţi cu proteine G)

– cuplarea cu enzime (tirozin-kinaze) (receptori cuplaţi cu receptori cuplaţi cu enzimeenzime)

• pot determina sinteza mesagerilor secunzi

• pot fi protein kinaze sau pot activa o protein kinază

Receptori metabotropi cuplaţi cu proteine GReceptori metabotropi cuplaţi cu proteine G

Receptor muscarinic de acetilcolinReceptor muscarinic de acetilcolină ă M1 M1

La legarea agonistului (acetilcolina) de receptor, se declanşează o serie de mecanisme de semnalizare şi de sinteză a mesagerilor secundari care duce, în final, la deschiderea unor canale de potasiu şi la propagarea impulsului nervos.

Receptori care Receptori care activeazactivează ă proteinprotein--

kinaze (PK)kinaze (PK)

MesageriiMesagerii secunzisecunzi sintetizasintetizaţţii activeazactiveazăă o o protein protein kinazkinazăă citoplasmaticcitoplasmaticăă::

• modificarea metabolică a celulei• duce la deschiderea sau închiderea unui canal ionic ori

poate modifica o altă activitate a celulei

ReceptorulReceptorul de de insulininsulinăă

ComparaComparaţţie ie îîntre receptorii ntre receptorii ionotropi ionotropi şşi receptorii metabotropii receptorii metabotropi