Экзамен. Мембранология

Каналы обычно участвуют в переносе определённых ионов.

Примеры ИК: K⁺-каналы, Na⁺-канал и т.д.

А – локальные изменения упаковки бислоя.

Б – модификация поверхностного монослоя периферическим белком, сопровождающаяся обратимым изменением формы и подвижности белковой молекулы в мембране.

В – локальное искривление бислоя.

Г – изменение внутреннего давления бислоя, сопровождающаяся неравномерным растяжением и сжатием отдельных частей.
32. Приведите схему классификации мембранных белков. Какие принципы лежат в основе такой классификации?




33. Приведите классификацию ионных каналов. Какие принципы лежат в основе классификации ионных каналов?

ИК можно классифицировать различным образом:

1. По селективности (степени избирательной проницаемости к определённым ионам). В этом случае мы будем говорить о натриевых, калиевых, хлорных каналах и т.п.

2. По строению (родству их химического строения и происхождения образующих их белков). По строению (структуре) и по происхождению от однотипных генов различные ИК объединяются в отдельные семейства. Например, выделяют три семейства лиганд-активируемых ИК: 1) семейство с пуриновыми рецепторами (АТФ-активируемые), 2) с никотиновыми АХ-рецепторами, ГАМК-, глицин- и серотонин-рецепторами, 3) с глутаматными рецепторами. При этом в одно и то же семейство попадают ИК с разной ионной селективностью, а также ИК с разными управляющими лигандами. Но зато образующие эти каналы белки имеют большое сходство в строении и происхождении.

3. По способу управления их состоянием. В этом случае мы будем говорить о потенциал-управляемых каналах, хемо-управляемых и т.д.

4. По связывающимся с ними лигандам (в том числе веществам-маркёрам) и т.д.

5. по скорости инактивации: быстро- и медленноинактивируемые.
34. Дайте характеристику Na-канала, а также опишите работу такого канала. От чего зависит работа Na-канала.

Диаметр=0,55 нм. Имеется только в мембранах, способных к возбуждению (нервные клетки, миоциты, сперматозоиды, сенсорные клетки). Плотность расположения в мембране различна. Открыты лишь при определенном состоянии клетки. В покое закрыты. Плотность 50-200 каналов на 1 мкм². За 1 импульс через канал в клетку поступает около 500 ионов Na⁺, что существенно меняет трансмембранный потенциал. Не пропускает K⁺.

Строение Na⁺-канала. Mr=300 тыс. Углеводный компонент составляет 30%. 4 субъединицы. Гетеромерный комплектс, построенный из альфа- и бета-субъединиц. Основные свойства канала определяются альфа-субъединицей, которая имеет 4 гомологичных фрагмента, каждый из которых представлен 6 трансмембранными доменами.

Что влияет на работу Na⁺-каналов? 1. Ионы Ca²⁺. Чем выше концентрация Са²⁺ во внеклеточной среде, тем труднее открываются Na⁺-каналы. 2. Ингибиторы Na⁺-каналов: тетродоксин, сакситоксин.

Натриевый канал в состоянии покоя закрыт. При деполяризации М до опр.уровня происходит активация и усиление поступления ионов натрия внутрь клетки. Через несколько миллисекунд происходит инактивация. Работа каналов определяется величиной мембранного потенциала. Потоки Натрия и калия независимы друг от друга.


35. Составьте схему, классифицирующую транспортные процессы.



36. Нарисуйте схему, отражающую механизм действия Na,K-АТФазы.

Механизм работы Na,K-АТФ-азы. 1. Е₁ – исходная конформация. Его сторона, обращенная в цитозоль имеет 3 участка связывания ионов Na⁺. Другой участок со стороны цитозоля связан с Mg²⁺-АТФ. Поочередно 3 Na⁺ связываются с выс.аффин.с опр.участком поверхности белка. 2. Встраивание Na⁺ запускает гидролиз АТФ. Свободный фосфат переносится к карбоксильной группе остатка аспартата белка – фосфорилирование белка Е_1Р. 3. Отщепляется АДФ. 3 Na⁺ переходят на др.сторону Е_1Е₂. Ионы Na⁺ высвобождаются на другой стороне во внеклеточное пространство. 4. Присоединяются к белку 2 иона К⁺. На внутренней поверхности освобождается P_i (дефосфорилирование). 5. Ионы K⁺ «запечатываются». Перенос 2К⁺. 6. Освобождение ионов K⁺ во внутриклеточную среду. Конформационное изменение белка Е_2Е₁.



37. Нарисуйте схему, согласно которой осуществляется транспорт аминокислот в клетку.

Транспортная система ф-ц-т в кишечнике, почках и, по-видимому, мозге - γ-глутамильный цикл. Ключевую роль в транспорте аминокислоты играет фермент γ-глутамилтрансфераза. А/к, связанная с γ-глутамильным остатком, оказывается внутри клетки. В следующей реакции происходит отщепление γ-глутамильного остатка под действием фермента γ-глутамилциклотрансферазы. Дипептид цистеинилглицин расщепляется под действием пептидазы на 2 аминокислоты - цистеин и глицин. В результате этих 3 реакций происходит перенос одной молекулы аминокислоты в клетку. Следующие 3 реакции обеспечивают регенерацию глутатиона, благодаря чему цикл повторяется многократно. Для транспорта в клетку одной молекулы аминокислоты с участием γ-глутамильного цикла затрачиваются 3 молекулы АТФ.

γ-Глутамильный цикл. Система состоит из одного мембранного и пяти цитоплазматических ферментов. Перенос аминокислоты внутрь клетки осуществляется в комплексе с глутамильным остатком глутатиона под действием γ-глутамилтрансферазы. Затем аминокислота освобождается, а γ-глутамильный остаток в несколько стадий превращается в глутатион, который способен присоединять следующую молекулу аминокислоты. Е₁ - γ-глутамилтрансфераза; Е₂ - у-глутамилциклотрансфераза; Е₃ - пептидаза; Е₄ - оксопролиназа; Е₅ - γ-глутамилцистеинсинтетаза; Е₆ - глутатионсинтетаза.

Олигомерный белок – кислый гликопротеин (pI=4,5-4,8). В зависимости от объекта имеет 5 субъединиц: 2 α,β,γ,σ, которые организованы вокруг общей оси. Mr=285-290 тыс, 20 тыс.из них – углеводный компонент. Места связывания ацетилхолина (АХ) располагаются на альфа-субъединицах, т.е сущ.2 места связ-я. Остальные субъединицы образуют катионный канал. Внутренний диаметр – 2 нм. Длина канала – 140А, 70А – с наружней стороны. Связан с белком Mr=43 тыс., с пом.к-го он закрепляется в цитоскелете. Занимает 35% поверхности мембраны.

Количественные характеристики мембраны:

Соотношение белков и липидов в мембранах обычно близко 1:1(возможны от 4:1 до 1:4)

Липиды- низкомолекулярные вещества: молекулярная масса мембранных липидов- около 740 Да; холестерина- 386,6. Белки имеют молекулярную массу на 2 порядка выше.

Количество липидов в мембране клетки больше на 2 порядка, чем белков (если D=15 мкм эти показатели- 2*106 и 2*10 7)

Значительно различаются и площадь мембранной поверхности, в расчете на отдельные молекулы (липиды-0,5 нм2, белок- 20-30 нм2)

 Толщина же мембраны во многом определяется продольными размерами липидных молекул. Длина углеводородного «головок» липидов) -5,3 нм. За счет белков толщина мембраны увеличивается до 7 – 10 нм.

 В случае плазмолеммы с внешней поверхности находится еще гликокаликс, толщина которого может варьировать от 4 до 200 нм, причем не только в зависимости от вида клетки, но и разных участках одной и той же клетки.

 Гликокаликс – это совокупность различных белков (часто – гликопротеинов), связанных с плазмолеммой. Некоторые из данных белков являются ферментами.
40. Нарисуйте схему, отражающую понятия антипорт, унипорт, симпорт. Дайте определения этим понятиям и приведите примеры.



Унипорт – перенос одного вещества с одной стороны мембраны на другую. Примером унипорта может служить функционирование ГЛЮТ-1 - транслоказы, переносящей глюкозу через мембрану эритроцита

Симпорт - перенос двух разных вещества по градиенту концентраций в одном направлении,в противоположных направлениях – антипорт.

Пример антипорта: анионный переносчик мембраны эритроцитов – HCO₃^- и Cl^-; 3Na⁺ и 1Ca²⁺; Na⁺ и H⁺; оксолат и Cl^-; α-кетоглутарат и парааминогипурат; анион – SO₄^-.

Пример симпорта: глюкоза и Na⁺; K⁺ и Cl^-; Na⁺ - а/к; Na⁺ - P_i.


41.Изобразите схему фагоцитоза.

Фагоцитоз.

Последовательные стадии фагоцитоза (образование псевдоподий или «ловчих парусов»)

Пиноцитоз - захват клеточной поверхностью и поглощение клеткой жидкости. При пиноцитозе поглощаемая капля жидкости окружается плазматич. мембраной, к-рая смыкается над образовавшимся пузырьком (диам. от 0,07 до 2 мкм), погружённым в клетку.

Пиноцитоз.

Последовательные фазы пиноцитоза:

1) Инвагинация плазмолеммы:

2)Пиноцитоз с образованием удлиненного узкого канала с захваченным материалом.

*стрелками указана промежуточная стадия образования пиноцитозных каналов, точками – адсорбционный пиноцитоз.

Рассмотрим на примере н-ацетилхолинового рецептора

1. Катионные каналы в невозбужденном состоянии мембраны закрыты (с ним связан Ca²⁺, около 60 ионов на 1 молекулу). 2. С рецептором связываются 2 молекулы ацетилхолина. 3. При этом изменяется конформация белковых молекул и Ca²⁺ диссоциирует с субъединицы. 4. Вследствие этого канал открывается и Na⁺ поступает внутрь клетки, а К⁺- наружу по градиенту концентрации. Мембранный потенциал падает с 75 мВ до 20 мВ.

Механизм прекращения действия медиатора. 1. Разрушение свободного АХ – ацетилхолинэстеразой. Очень активный фермент. 2. Десенсибилизация рецептора – при длительном воздействии медиатора на рецептор, он теряет к нему чувствительность. Канал закрывается через 1,5-2 мсек, даже если с их рецепторами связана молекула АХ.

В-ва, действующие на н-ХР. 1. н-холиномиметики – возбуждают рецептор. 2. н-холинолитики – блокируют рецептор.

46.Опишите участие грамицидина в транспорте веществ.

Грамицидин А представляет собой линейный пептид, состоящий из 15 аминокислот; все они имеют гидрофобные боковые цепи.

Выделяют несколько особенностей данной группы пептидных антибиотиков:

1) Все 15 аминокислот входящие в состав последовательности грамицидинов

являются гидрофобными;

2) В их последовательности наблюдается чередование L- и D- конфигураций

аминокислот;

3) С - и N- конец грамицидинов блокированны с помощью этаноламина и формила

соответственно.

В липидном бислое молекула грамицидина формирует спираль, гидрофобную снаружи и

выстланную полярными группами внутри.

Канал, образуемый грамицидином А — гидрофобным пептидом из чередующихся L- и D-аминокислот, — охарактеризован к настоящему времени наиболее полно. Канал образован двумя молекулами грамицидина А, расположенными голова к голове в спнральной конфигурации. В результате чередования L- и D-аминокислот образуется спираль, в которой все боковые цепи располагаются снаружи, а карбонильные группы остова — внутри канала. Подобные димеры нестабильны: они постоянно образуются и диссоциируют, так что время, в течение которого канал открыт, составляет примерно 1 с. При наличии большого электрохимического градиента грамицидин А может пропустить около 2х107 катионов в расчете на один открытый канал за 1 с, что в 1000 раз больше, чем может перенести за то же время одна молекула подвижного белка-переносчика.

По этому каналу осуществляется транспорт ионов Ка+,Н+, Na+.



48.Опишите участие валиномицина в транспорте веществ через мембрану.

Валиномицин относится к подвижным переносчикам ионов. Валиномицин представляет собой полимер, повышающий проницаемость мембраны для ионов калия. Он имеет кольцеобразную структуру. Наружная гидрофобная часть его молекулы состоит из боковых цепей валина и контактирует с углеводородной сердцевиной липидного бислоя. Во внутренней полярной области как раз может поместиться один ион калия. Активно связывает К, сродство к Na в 1000 раз меньше.Валиномицин переносит ионы калия по его электрохимическому градиенту; он захватывает этот ион с одной стороны мембраны, диффундирует с ним через бислой и высвобождает на его на другой стороне. Такой перенос совершается в обоих направлениях, поэтому суммарный эффект будет иметь место только в том случае, если при движении переносчика в каком-то одном направлении с ним будет связываться больше ионов калия, чем при движении в другом. Может транспортировать также рубидий.

Ф-ции мембранных белков:

Мембранные белки, контактирующие с гидрофобной частью липидного бислоя, должны быть амфифильными. Те участки белка, кот-е взаимодействуют с углеводородными цепями жирных кислот, содержат преимущественно неполярные а\ты. Участки белка, находящиеся в области полярных "головок", обогащены гидрофильными а\ными остатками.

Белки мембран различаются по своему положению в мембране. Они могут глубоко проникать в липидный бислой или даже пронизывать его - интегральные белки, либо разными способами прикрепляться к мембране - поверхностные белки.

Поверхностные белки часто прикрепляются к мембране, взаимодействуя с интегральными