Inligting

Sal lipiedmolekules 'flip-flop' oor 'n membraan sonder die gebruik van 'n ensiem?

Sal lipiedmolekules 'flip-flop' oor 'n membraan sonder die gebruik van 'n ensiem?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Al die verwysings hierna wat ek kan vind, verwys na ensieme soos Flippase, wat dit 'makliker' of 'meer waarskynlik' maak dat die translokasie sal plaasvind, eerder as om dit werklik moontlik te maak.

Die volgende is van Alberts

In die ER word fosfolipiede egter binne enkele minute oor die membraan geëksilibreer, wat byna 100 000 keer vinniger is as wat spontaan 'flip-flop' verklaar kan word.

Beteken dit dat 'n fosfolipiedmembraan sonder toesig spontaan, net baie stadig, sal draai, en kan dit waargeneem word?


Tweelaagkomponente sal teen meetbare tempo 'flip-flop', maar dit verskil baie vir verskillende lipiedklasse. Hier is die resultate van 'n eksperiment met fluorescent-gemerkte analoë.

Bai, JN en Pagano, RE (1997) Meting van spontane oordrag en transdubbellaagbeweging van BODIPY-gemerkte lipiede in lipiedvesikels. Biochemie 36: 8840-8848 DOI: 10.1021/bi970145r

Die skrywers het die transbilayer (flip-flop) en inter-layer beweging van fluorescent-gemerkte analoë van verskillende membraanlipiede gevolg: sfingomyelin (C-5-DMB-SM), ceramide (C-5-DMB-Cer), fosfatidielcholien (C-5 -DMB-PC) en diasielglycerol (C-5-DMB-DAG) in 'n stelsel van eensame vesels wat bestaan ​​uit 1-palmitoyl-2-oleoylfosfatidielcholien.

Die resultate is ontleed aan die hand van 'n model waarin die gemerkte molekules tussen vesikels en tussen die twee eenlae van die tweelaag kon beweeg.

half keer: tussenlaag-tussenlaag (flip-flop) C-5-DMB-SM> 21 s 3.3 h C-5-DMB-Cer 350 s 22 min C-5-DMB-PC 400 s 7.5 h C-5-DMB- DAG 100 h 70 ms

Dus, vir die fosfolipied wat getoets is, was die halftyd vir flip-flop 7,5 uur.


Modelstudies van lipied flip-flop in membrane

Biomembrane, wat bestaan ​​uit 'n lipied tweelaag matriks waar proteïene ingebed of geheg is, vorm 'n fisiese versperring vir sel en sy interne organelle. Wat die verspreiding van hul molekulêre komponente betref, is biomembrane lateraal heterogeen en transversaal asimmetries, en daarom is dit plekke vir lewensbelangrike biochemiese aktiwiteite. Lipiede kan van een pamflet van die dubbellaag na die teenoorgestelde translokeer, hetsy spontaan of gefasiliteer deur proteïene, dus dra hulle by tot die regulering van membraan-asimmetrie waarvan selfunksionering, differensiasie en groei baie afhang. Sulke dwarsbeweging - wat gewoonlik flip-flop genoem word - is beide eksperimenteel en rekenaarmatig bestudeer. Eksperimentele ondersoeke ondervind probleme wat verband hou met tydskale en probleem-geïnduseerde membraanstoornisse. Simulasies van molekulêre dinamika speel 'n belangrike rol vir die molekulêre vlak van flip-flop. In hierdie oorsig bied ons 'n opsomming van die stand van die kuns van rekenaarstudies van spontane flip-flop van fosfolipiede, sterole en vetsure. Ons beklemtoon ook kritieke kwessies en strategieë wat ontwikkel is om dit op te los, en wat nog opgelos moet word.

Dit is 'n voorsmakie van intekeninginhoud, toegang via u instelling.


Toegang opsies

Kry volledige toegang tot joernaal vir 1 jaar

Alle pryse is NETTO pryse.
BTW sal later by die betaalpunt bygevoeg word.
Belastingberekening sal tydens afhandeling gefinaliseer word.

Kry tydsbeperkte of volledige artikeltoegang op ReadCube.

Alle pryse is NETTO pryse.


Eerste stap: oor die IM. Model stelsels

Sodra die sitoplasmiese stappe van biosintese voltooi is, word nuut gesintetiseerde fosfolipiede en Ra-lipied A oor die IM dubbellaag vervoer. Die meganismes wat gebruik word om lipiede oor biologiese membrane te skuif (flip-flop) bly swak verstaan. Die vervoer van amfipatiese lipiede oor 'n hidrofobiese lipied -tweelaag word na verwagting termodinamies ongunstig, wat inset van energie benodig (Singer en Nicolson, 1972). Die vervoer van lipiede oor twee lae is in baie uitstekende studies bestudeer in vitro modelle. In hierdie bespreking sal ek die algemene term gebruik plakkie om die uitwaartse beweging van lipiede oor 'n tweelaag te beskryf. Alhoewel hierdie term nie uiterlike van inwaartse beweging van lipiede onderskei nie, sal slegs eersgenoemde oorweeg word. Lipied flip-flop in model lipied dubbellaags is uiters stadig, met halfleeftye in die orde van ure tot dae, maar is baie vinnig in biologiese membrane, wat in sekondes tot tientalle sekondes voorkom (Rothman en Kennedy, 1977). Dit het gelei tot die gevolgtrekking dat lipied flip-flop in biologiese membrane proteïen gekataliseer word. Verskeie kandidaat -proteïene is geïdentifiseer in eukariote wat die beweging van die verskillende lae lipiede in die onderlaag kataliseer (Daleke, 2003 Holthuis en Levine, 2005 Pohl et al., 2005). In prokariote is MsbA egter die enigste proteïen wat tot dusver geïdentifiseer is met 'n bewese rol in lipiedvervoer (sien hieronder).

Verskillende gevolgtrekkings is gemaak met betrekking tot energievereistes vir IM-lipiedvervoer. In sommige stelsels is lipied-flip-flop ATP-afhanklik, maar nie in ander nie. Werk deur deKruijff en kollegas dui daarop dat lipied-flip-flop in gerekonstitueerde vesikels energie-onafhanklik is en dat dit slegs hidrofobiese membraanspannende α-heliese peptiede benodig (Kol et al., 2004). In hul studies het die skrywers die vermoë van membraan-omspannende peptiede getoets om flip-flop van kortketting, fluoresserend gemerkte fosfolipiede (C6-NBD-PE en C6-NBD-PG) in kunsmatige dubbellaags te veroorsaak (Kol). et al., 2001). Hulle het gevind dat vesikels wat die model transmembraan α-helikale peptied GKKL(AL) bevat12KKA ondersteun flip-flop van die kortkettinglipiede, terwyl flip-flop slegs in lipiedvesikels gering was. Hierdie werk verteenwoordig 'n interessante alternatief vir die konsep dat 'n toegewyde proteïenmasjinerie transdubbellaag-lipiedbeweging kataliseer en wat daarop dui dat hierdie aktiwiteit 'n algemene eienskap kan wees van membraanproteïene wat α-helikale membraan-omspannende domeine bevat.

Menon en kollegas het bewys gelewer vir 'n ATP-onafhanklike flippase-aktiwiteit in membrane van Gram-positiewe bakterieë (Hrafnsdottir en Menon, 2000) en hierdie aktiwiteit is ook opgespoor in membrane van gram-negatiewe bakterieë (Kubelt et al., 2002). Deur di-C4-fosfatidielcholien as substraat vir die flippase-toets te gebruik, was dit moontlik om die aktiwiteit op te los, te rekonstitueer en gedeeltelik te suiwer. Tot op hede is 'n proteïen(e) egter nie geïdentifiseer nie en ook nie 'n meganisme vasgestel nie.

Aan die ander kant, werk met gerekonstitueerde ATP -bindende kasset (ABC) vervoerers van bakterieë (Margolles et al., 1999) of mense (Romsicki en Sharom, 2001) het getoon dat hulle ATP-afhanklike fosfolipied flippase-aktiwiteit besit. in vitro. ABC-vervoerderproteïene gebruik die energie van ATP-hidrolise om 'n verskeidenheid lipied- en nie-lipiedsubstrate oor membrane te vervoer, en is teenwoordig in al drie domeine van lewende organismes. Konings en kollegas het gedemonstreer (weereens met behulp van kortketting fluoresserende fosfolipied-analoë) dat gesuiwerde, hersaamgestelde LmrA, 'n ABC-vervoerder van Lactococcus lactis, beskik oor fosfolipied flippase aktiwiteit in vitro wat afhanklik is van eksogene ATP (Margolles et al., 1999). Op soortgelyke wyse is bewys dat gerekonstitueerde menslike p-glikoproteïen/MDR1 (ABCB1) ATP-afhanklike flippase-aktiwiteit het met 'n wye verskeidenheid lang- en kortkettingfosfolipied-analoë (Romsicki en Sharom, 2001). Terwyl in vitro studies van fosfolipied-flip-flop-aktiwiteit het bewys dat dit insiggewend is; versigtigheid moet gebruik word wanneer van hierdie resultate na die in vivo situasie, aangesien hulle tipies kortketting, wateroplosbare lipied-analoë gebruik of ander modifikasies bevat wat struktureel unieke molekules skep wat op belangrike maniere van hul eweknieë kan verskil.


Perspektiewe

Een raaisel in lipiedbiologie is die dinamiese organisasie van cholesterol. Alhoewel dit spontaan oor en tussen membrane kan beweeg, is gevind dat baie proteïene die beweging daarvan stimuleer. Die hoë affiniteit daarvan vir sfingolipiede kontrasteer met die eksperimentele resultate rakende die transbilayer -organisasie daarvan. Dit is ook onduidelik hoe selle domeine van sfingolipiede en cholesterol, wat 'n groter weerstand teen buiging het, na hoogs geboë ontluikende Golgi -vesikels beweeg. Boonop sien biofisici nie dat membraanproteïene in sulke 'geordende domeine' in kunsmatige hersaamgestelde membrane beweeg nie, terwyl dit in die sel gebeur. Die molekulêre meganisme van flippases en hul lipiedspesifisiteit word nog nie verstaan ​​nie, en ook nie intermembraanlipiedvervoer deur membraankontakplekke nie. Die biogenese van lipieddruppels en hul verhouding met die ER vorm nog 'n onopgeloste kwessie. Ten slotte het ons nie 'n basiese begrip van hoe en waarom ons selle die menigte lipiedspesies wat ons nou waarneem, sintetiseer met ons verskerpte analitiese instrumente nie. Ons verstaan ​​nie hul impak op membraanstruktuur en -funksie nie, en ons mis waarskynlik die helfte van die funksies wat deur lipiede in seintransduksie en homeostase uitgeoefen word omdat hulle in geringe hoeveelhede voorkom.

Baie ensieme is betrokke by die sintese, herbouing en omskakeling van sellulêre lipiede, en hul intermembraan- en intramembraanvervoer. Dit is 'n uitdaging om lipiedhomeostase op stelselvlak te ontrafel, en stabiele isotoopetikettering en massaspektrometrie kan ons daartoe in staat stel. 'N Groter uitdaging is om uit te vind hoe lipiedhomeostase aansluit by alle ander proteïengebaseerde stelsels in die sel om selfisiologie in die algemeen te reguleer. Kartering van die lipiede is net 'n begin!


Bewys: Vlotte op die selmembraan

Daar word geglo dat klein strukture van lipiedmolekules en proteïene binne die membraan van 'n sel dwaal, net soos vlotte op die water. Hierdie "vlothipotese" is wyd aanvaar, maar nou het wetenskaplikes by TU Wien (Wene) getoon dat in lewende selle hierdie lipiedvlotte nie bestaan ​​nie. Hierdie resultaat is nou in die joernaal gepubliseer Natuurkommunikasie.

Vloeistofmembrane

“Ons moet nie aan die selmembraan dink as ’n statiese, soliede oppervlak nie,” sê Eva Sevcsik van die biofisika-groep by TU Wien. "Die membraan, die buitenste laag van die sel, is vloeibaar. Die molekules daarvan - lipiede en proteïene - is voortdurend in beweging."

Die proteïene kan verskillende doeleindes dien. Hulle kan optree as aanlegstasies vir stowwe van buite, of as kanale wat molekules na die sel vervoer. Aangesien baie proteïene mekaar beïnvloed, het dit waarskynlik gelyk dat sulke proteïene saam binne die membraan kan beweeg as 'n "nano-vlot."

Hierdie hipotese het al hoe meer gewild geword onder selbioloë, en "vlotte" is met baie sellulêre prosesse geassosieer. Maar die bewyse vir hierdie hipotese is slegs verkry uit studies met modelstelsels of dooie selle. "Vlotte" is nog nooit direk in 'n lewende sel waargeneem nie.

Baie navorsers het vroeër gedink dat "vlotte" net te klein en van korte duur is om met konvensionele mikroskopiese metodes opgespoor te word. In die biofisika-laboratoriums van TU Wien is 'n kombinasie van verskeie nuutste tegnieke gebruik om hierdie probleem aan te pak. "Aan die een kant gebruik ons ​​'n superresolusiemikroskopie, waarmee ons enkele molekules kan bestudeer, aan die ander kant kan ons die selmembraan beïnvloed met behulp van mikro- en nanostruktureerde oppervlaktes," sê Eva Sevcsik. "Op hierdie manier kan ons die struktuur van die selmembraan op heeltemal nuwe maniere ontleed."

Molekulêre Lego

Eerstens is oppervlaktes op 'n mikrometer -skaal gestruktureer, sodat selle wat op hierdie oppervlak gegroei het, met die struktuur kan kommunikeer. "Dit is soos molekulêre Lego," sê Eva Sevcsik. "Ons plaas molekulêre boustene op die mikro -gestruktureerde oppervlak, wat bind aan spesifieke proteïene in die selmembraan." Die proteïene heg aan die gestruktureerde oppervlak en kan nie meer oor die selmembraan beweeg nie.

Daarom kan 'n proteïen gekies word, wat beskou word as 'n belangrike bousteen van die nanovlot, dit kan op spesifieke posisies op die oppervlak vasgemaak word en dan kan 'n mens bestudeer hoe die ander proteïene en lipiede reageer.

Die molekules word sigbaar met behulp van 'n spesiale mikroskopiese tegniek. Klein hoeveelhede fluoresserende merkers word aan proteïene of lipiede geheg, en dan kan molekules gefilm word terwyl dit binne die membraan beweeg. “Wanneer ons die beweging van enkele proteïene bestudeer, kan ons sien of ons met membraanvlotte te doen het of nie,” sê Eva Sevcsik. "So 'n vlot, veranker by die kunsmatige nanostrukture op die oppervlak hieronder, bied meer weerstand teen die dwalende proteïene as die omliggende streke. Daarom sou die beweging van die proteïene stadiger wees. In ons metings is die diffusiewe beweging van die molekules is oral dieselfde."

Vir Eva Sevcsik is die feit dat die vlothipotese vir so 'n lang tyd gewild gebly het, al was daar nog nooit enige direkte bewyse daarvoor nie, nie so verbasend nie: "Dit is altyd aanloklik om 'n mens se resultate te interpreteer in die konteks van 'n gevestigde hipoteses, is dit 'n algemene probleem in die wetenskap. Ons doel was om die vlothipotese te toets sonder enige vooroordeel of vooroordeel."

Die vlothipotese soos dit tot dusver geleer is, het 'n hou gevat. Maar as daar nie vlotagtige strukture wat oor die membraan beweeg nie, bestaan, is daar ander meganismes wat orde bied tussen proteïene en lipiede? “Miskien speel die aktien-sitoskelet ’n belangriker rol as wat ons gedink het,” sê Eva Sevcsik. Die sitoskelet lê direk onder die selmembraan en bied stabiliteit. Nou wil Sevcsik die funksie daarvan bestudeer met behulp van biofisiese navorsingsmetodes.


Sal lipiedmolekules oor 'n membraan 'flip' sonder om 'n ensiem te gebruik? - Biologie

'n Optogenetika en Sintetiese Biologie Interdissiplinêre Navorsingsentrum, Staatssleutellaboratorium vir Bioreaktoringenieurswese, Oos-China Universiteit van Wetenskap en Tegnologie, Meilongweg 130#, Sjanghai 200237, China
E-pos: [email protected], [email protected]

b Sleutellaboratorium vir Gevorderde Materiale en Gesamentlike Internasionale Navorsingslaboratorium vir Presisiechemie en Molekulêre Ingenieurswese, Feringa Nobelpryswetenskaplike Gesamentlike Navorsingsentrum, Skool vir Chemie en Molekulêre Ingenieurswese, Oos-China Universiteit van Wetenskap en Tegnologie, Meilongweg 130, Sjanghai, China

Abstrak

Natuurlike of sintetiese stelsels wat self in biomimetiese membrane kan saamstel en kompartemente in waterige oplossing kan vorm, het uitgebreide aandag geniet. Hierdie stelsels het egter dikwels die probleme om komplekse prosesse te vereis of 'n gebrek aan beheer in die simulering van lipiedsintese en membraanvorming van selle. Hierdie artikel demonstreer 'n konseptueel nuwe strategie wat 'n fotoligasie -chemie gebruik om nie -membraanmolekules om te skakel na liposome. Lysosfingomielen (Lyso) en 2-nitrobensielalkoholderivate (NB's) word as voorlopers gebruik en die amfifiele karakter van Lyso bevorder die vorming van gemengde aggregate met NB's, wat die lipiedvoorlopers in die nabyheid bring. Ligte bestraling lei tot die omskakeling van NB's in reaktiewe aldehied -tussenprodukte, en die voorassemblage vergemaklik die doeltreffende en spesifieke ligasie tussen aldehied en Lyso -amien bo ander biomolekules, waardeur die sintese van fosfolipiede versnel word en membraankompartemente gevorm word wat soortgelyk is aan natuurlike lipiede. Die ligbeheerbare transformasie verteenwoordig die gebruik van 'n eksterne energiestimulus om 'n biomimetiese fosfolipiedmembraan te vorm, wat 'n wye verskeidenheid toepassings in medisinale chemie, sintetiese biologiese en abiogenese het.


3. Kompartementalisering van metaboliese weë

Alle reaksies wat in selle voorkom, vind plaas in 'n sekere ruimte - kompartement, wat van ander kompartemente geskei word d.m.v semi-deurlaatbaar membrane. Hulle help om selfs chemies taamlik heterogene omgewings te skei en so om die verloop van chemiese reaksies te optimaliseer.

Ensieme Om individuele reaksies te kataliseer, het dikwels verskillende temperatuur- en pH-optimums en as daar slegs een sellulêre kompartement was, sou 'n gedeelte van ensieme waarskynlik nie funksioneer nie, of sou die gekataliseerde reaksies nie voldoende doeltreffend wees nie. Deur die sellulêre ruimte te verdeel, optimaal voorwaardes vir individuele ensiematies gekataliseerde reaksies word geskep.

Terselfdertyd beskerm sel homself ook teen die aktiwiteit van lyties ensieme. Byvoorbeeld, die verseëling van die sellulêre vertering in lisosome voorkom 'n ongewenste outo-vertering van ander organelle binne sel. 'N Algemene proses wat die ontwrigting van sommige van die kompartemente vergesel (soos die inhoud van lysosome of mitochondria), is nekrose of aktivering van apoptose (die proses van geprogrammeerde seldood).

Kompartementalisering beïnvloed die regulasie van metabolies paaie ook, wat hulle meer akkuraat en doelgerig maak en minder met mekaar inmeng. Dit is soms moontlik om die verloop van die reaksie op die punt van inskrywing van besondere substraat in die kompartement (vervoer oor die membraan, dikwels bemiddel deur vervoermeganismes).

Ondanks die voordele daarvan, plaas kompartementalisering terselfdertyd 'n groter vraag na die energieverbruik. Dit spruit voort uit 'n gereelde behoefte om ATP-afhanklike vervoerders te gebruik, wat stowwe oor membrane teen die konsentrasiegradiënt vervoer en sodoende verskillende omgewings in verskillende kompartemente skep.

Biologiese membrane

Een van die nodige voorwaardes vir die ontstaan ​​van lewendige was die skeiding van sellulêre omgewing van die buite (eksterne) omgewing. As gevolg hiervan was daar 'n behoefte aan selektiewe vervoermeganismes tussen beide ruimtes en later 'n behoefte aan intersellulêre kommunikasie.

Sitoplasmiese membraan skep die grens met die ekstrasellulêre kompartement en membrane van 'n soortgelyke samestelling skei ander kompartemente binne die sel.

Argitektuur

Die breedte van 'n selmembraan is ongeveer 6-10 nm. Die kern van sy argitektuur is gemaak van fosfolipied dubbellaag met ingebedde proteïene en cholesterol molekules. Laasgenoemde twee kan verskillende sakkariede bind en so vorm glikolipiede en glikoproteïene. Hierdie basiese struktuur word, in die geval van membrane van verskillende organelle, tot 'n sekere mate gemodifiseer, en beïnvloed dus die fisies-chemiese eienskappe van die membraan (veral sy deurlaatbaarheid), wat in noue verband is met die funksie en verloop van die biochemiese prosesse. in die organel.

'N Goeie voorbeeld is die miëlienskede van 'n neuron, wat 'n verhouding proteïene tot lipiede van 19 % tot 81 % het en dus uitstekende isolerende eienskappe het. Aan die ander kant het die binneste mitochondriale membraan die rantsoen omgekeer ten gunste van proteïene (76 % tot 24 %), en dit is die rede vir die relatiewe ondeurdringbaarheid daarvan (selfs vir stowwe wat deur standaardmembrane deurloop).

Molekules van fosfolipiede bestaan ​​uit twee fisies verskillende dele:

1) Polêre (hidrofiele) deel

Die pool deel bestaan ​​uit a fosfaat groep met ander opsioneel gehegte groepe - hierdie deel van die molekule kyk uit na die waterig medium (of ander polêre oplosmiddel).

2) Nie-polêre (hidrofobiese) deel

Die nie-polêre deel bestaan ​​uit vetterig suur kettings teen mekaar gedraai en sodoende die hidrofobies kern van die membraan. Die hidrofobiese interaksies van lipiedmolekules is verantwoordelik vir hul neiging om te aggregeer en membrane te vorm.

Fosfolipiedmolekule, wat polêre sowel as nie-polêre deel bevat, behoort tot die groep amfipaties molekules.

Historiese korrelasie:

Die tans aanvaarde model van die struktuur van biologiese membrane is in die jaar 1972 deur S.J. Singer en G.L. Nicols. Hiervolgens word sg vloeistof-mosaïek model, kan ons die biologiese membraan as 'n beskou 2-dimensioneel vloeistof waarin lipied- en proteïenmolekules min of meer maklik diffundeer.

Die diffusietempo van fosfolipiede is baie vinniger as dié van ander membraankomponente. Plekke van membraan met 'n hoër inhoud van proteïene en cholesterol het dus 'n laer laterale diffusietempo en membraan stabiliseer (dit geld veral vir cholesterol). Aan die ander kant kan dele van die membraan wat meestal lipiede bevat, na die teenoorgestelde kant (deur sg flip-flop meganisme).

Die vloeibaarheid van membraan hang meestal af van:

1) Die temperatuur: hoe hoër die temperatuur hoe meer beweeglik is die membraan (sol fase), by laer temperature is dit stywer (gel fase).

2) Die proporsie onversadigde FA: hoe hoër die inhoud van onversadigde FA, hoe mobieler is die fase.

Proteïene vorm 'n basiese komponent van sellulêre membrane. Volgens hul lokalisering binne die membraan, kan hulle verdeel word in perifere en integraal:

1) Perifere proteïene

Perifere proteïene doen nie deurdring tot die hidrofobies kern van die membraan bind hulle slegs daaraan oppervlak gebied (aan ekstra- of intrasellulêre kant) en kan daardeur van die membraan geskei word sonder om dit te beskadig. Die belangrikste bindingsinteraksies sluit in elektrostatiese kragte en waterstofbindings.

2) Integrale proteïene

Integrale proteïene deurdring die membraan, óf deur sy volle dikte (transmembraan proteïene) of slegs tot op 'n sekere diepte. Die skeiding van hierdie proteïene hou verband met die ontwrigting van die membraanintegriteit.

Membraanproteïene verrig byvoorbeeld verskillende funksies reseptor, ensiematies of vervoer.

Cholesterol maak op ongeveer ¼ van alle membraanlipiede. Sy molekule, soortgelyk aan die molekule van fosfolipiede, het amfipaties karakter (as gevolg van die teenwoordigheid van die OH-groep wat aan die derde koolstofatoom geheg is). Die hooffunksie van cholesterol is om stabiliseer die membraan en laer sy vloeibaarheid.

Eienskappe

Deurlaatbaarheid, wat die tempo van passiewe diffusie van molekules deur die membraan uitdruk, volg die Fick -wet van diffusie en hang af van:

1) Die grootte en die polariteit van diffuse molekules

2) Die konsentrasiegradiënt

3) Die dikte van 'n membraan

4) Die oppervlak van 'n membraan

1) Die grootte en polariteit van diffuse molekules

Oor die algemeen, klein en nie-polêre molekules gaan redelik maklik deur die membraan terwyl groter en polêre gewoonlik vervoeraars of kanale benodig.

2) Die konsentrasiegradiënt

Die hoër die konsentrasie van 'n stof aan die een kant van die membraan, die hoër sy neiging aan slaag na die ander kant toe. Hierdie reël geld ook vir ander gradiënte - elektrochemies (gegee deur die verskil in ladings aan beide kante) of osmoties (gegee deur die verskil van osmoties aktiewe deeltjies aan weerskante van die membraan).

3) Die dikte van 'n membraan

Stowwe gaan stadiger deur 'n membraan wat dikker is.

4) Die oppervlak van 'n membraan

Groter hoeveelheid stof diffundeer deur die membraan per tydseenheid as die membraan groter oppervlakte het.

Ander eienskappe van membrane is: die graad van termies en elektries isolasie, elektries hef (die totale lading van 'n selmembraan is negatief – hoofsaaklik as gevolg van die teenwoordigheid van negatiewe sialies sure oorblyfsels geheg aan die glikoproteïene en glikolipiede) en die vermoë van selektief vervoer.

Selektiewe vervoer

Selektiewe vervoer kan verdeel word in:

3) Vervoer van makromolekules

Hierdie diagram toon 'n voorbeeld van vervoerprosesse deur die bloedbreinversperring (versperring tussen die bloed en senuweeweefsel):

1) Passiewe vervoer

Passiewe vervoer vind plaas sonder energie verbruik, aangesien dit gebaseer is op die fisiese beginsel van diffusie (gedryf deur die konsentrasie gradiënt van 'n stof aan weerskante van die membraan). Sonder die bestaan van sulke gradiënt, die passiewe vervoer stop. Daar is twee basiese tipes passiewe vervoer:

b) Gefasiliteerde diffusie

A) Eenvoudige verspreiding

Eenvoudige diffusie is 'n oordrag van stowwe deur 'n membraan sonder die hulp van vervoerproteïene. Stowwe moet deur die hidrofobiese kern van die membraan gaan, wat verduidelik waarom hierdie tipe vervoermeganisme tipies is vir:

1. Klein nie-polêre molekule: soos gasse (CO2, O2, …)

2. Klein polêre molekule: water, ureum

3. Groter nie-polêre molekules: FA, cholesterol of vetoplosbare vitamiene

Hidrofiliese en groter molekules (meestal met Mr meer as 200) gaan slegs baie stadig of glad nie deur die membraan nie. Die vervoer van ione, waarvan die molekules relatief klein is, is moeilik as gevolg van die teenwoordigheid van 'n groot hidrasie dop wat uit watermolekules bestaan.

B) Vergemaklik diffusie

Vergemaklikte verspreiding is 'n tipe passiewe vervoer wat bygestaan ​​word vervoer proteïene wat die molekule nie-kovalent bind en na die ander kant van die membraan vervoer. Dit is vinniger as die eenvoudige verspreiding en kan vergesel word van 'n vervoer van ander stof in die teenoorgestelde rigting (sogenaamde hawe, byvoorbeeld ATP met ADP of Cl – met HCO3 –). 'N Ander moontlikheid is die vervoer met behulp van kanaalproteïen wat die hele breedte van die membraan binnedring. Die oordrag van 'n molekule hou verband met die verandering van die kanaal se konformasie. Sommige kanale word beheer deur die veranderinge in membraan elektriese potensiaal (spanning-omheinde kanale).

Daar is 'n verskil tussen die kinetika van die eenvoudige en gefasiliteerde diffusie. In die geval van eenvoudige diffusie lei die verhoging van die konsentrasie van die oorgedraagde stof tot die lineêre toename in die diffusiesnelheid. Vervoerproteïene wat betrokke is by die gefasiliteerde diffusie, daarenteen, het beperkte kapasiteit (gegewe deur hul totale aantal in die membraan) en wanneer die konsentrasie hoë waardes bereik, vertraag die tempo van die diffusie totdat dit sy maksimum spoed bereik (waar die vervoerkapasiteit ten volle versadig is).

Van die belangrikste voorbeelde van gefasiliteer diffusie is glukose GLUT vervoerders. Intrasellulêre transformasie van glukose na glukose-6-fosfaat en die daaropvolgende gebruik daarvan verseker die voortdurende konsentrasiegradiënt. Oor die algemeen bestaan ​​daar sewe tipes van GLUT-vervoerders waarvan die belangrikste is:

1. GLUT 1 en 3, dien om die in stand te hou basale glukose opname deur weefsels wie se metabolisme afhanklik is van glukose (brein, eritrosiete, niere of plasenta).

2. GLUT 2, gelokaliseer op die membraan van pankreas β-selle en hepatosiete. Dit maak ook die oordrag van glukosevorm moontlik absorberend epithelia (bv. die epiteel van proksimale ingewikkelde buis van die nier, dermepiteel of enterosiete) na die bloed.

3. GLUT 4 is die glukose vervoerder van sg insulienafhanklike weefsels (skeletspier, miokardium en vetweefsel). Die teenwoordigheid daarvan op die membraan van hierdie weefsels is onderhewig aan die effek van insulien. Dit kom hoofsaaklik voor na die ete wanneer is bogenoemde weefsels verantwoordelik vir tot 80% van die glukosemetabolisme? Tussen die etes op, inteendeel, hulle absorbeer nie glukose nie en stoor dit vir die weefsels wat daarvan afhanklik is.

2) Aktiewe vervoer

Aktiewe vervoer kan plaasvind teen die konsentrasie en elektrochemiese gradiënt ook. Dit is moontlik, want die vervoer is tesame met die ATP -hidrolise (ATP → ADP a Pi) en die vrygestelde energie word gebruik in die proses van vervoer. Ons erken twee basiese tipes van hierdie vervoer:

A) Primêre aktiewe vervoer

Energie van ATP word direk gebruik tydens die vervoer van 'n bepaalde stof. Voorbeelde is Na + /K + -ATPase, H + /K + -ATPase of Ca 2+ -ATPase.

Na + /K + -ATPase is 'n tetrameer waaruit bestaan twee alfa en twee beta subeenhede. Alfa subeenhede is transmembraan, hul intrasellulêre domeine het 'n bindend werf vir Na + en ekstrasellulêre domeine vir K + . Beta-subeenhede word geglykoliseer (teenoor alfa) en dring nie deur die hele membraan nie. Hulle oligosakkariedkettings wys na die ekstrasellulêre ruimte. Daar bestaan ​​twee verskillende konformasietoestande van die ensiem, afhangende van of dit gefosforyleer is of nie. Na + /K + -ATPase dien as 'n antiport en in ruil vir die energie wat deur die ATP vrygestel word vervoer 3 Na + katione uit die sel in ruil vir 2 K + katione. Die resultaat is 'n oneweredige verspreiding van ione op die membraan wat die basis vorm vir die rus membraan potensiaal. Na + /K + -ATPase is alomteenwoordig -dit kom waarskynlik in alle menslike selle voor.

Animasie toon die funksie van hierdie vervoerder (in die middel) tydens die aksiepotensiaal:

H + /K + -ATPase is 'n teenpoort wat soortgelyk is aan Na + /K + -ATPase. Dit kan gevind word in die parietaal selle van die maag (waar dit die maagsappe produseer) en in die selle van die proksimale verwikkeld buis van nier. Dit vervoer een H + uit die sel in ruil vir een K + ioon.

Ca 2+ -ATPase, 'n kalsiumpomp, is meestal gelokaliseer in spiere en senuwees selle. Dit pomp aktief kalsiumione uit die sitoplasma, óf in die sarkoplasmiese retikulum of ekstrasellulêr, dus die Ca 2+ konsentrasie terug te verlaag na die vorige vlak (byvoorbeeld voor die sametrekking van 'n spiersel).

B) Sekondêre aktiewe vervoer (of vervoer)

In hierdie geval van aktiewe vervoer word die energie wat deur ATP vrygestel word, nie direk gebruik om die spesifieke molekule (soos glukose) te vervoer nie. In plaas daarvan word dit gebruik om ander stowwe (bv. Natriumkation) te vervoer, wat die vorming van die konsentrasie of chemiese stof veroorsaak gradiënt oorkant die membraan. Dit is hierdie gradiënt wat die vervoer van die (relevante) stof dryf met die hulp van ander vervoerders (bv. SGLT - natriumglukose vervoerder).

'N Vervoerder wat die sekondêre aktiewe vervoer (SGLT) uitvoer, verplaas dus ten minste twee deeltjies – eerstens die een wat veronderstel is om vervoer te word (glukose) en tweedens die een wat (deur die bestaan ​​van sy gradiënt oor die membraan) die transport (Na + ) dryf. Om hierdie helling te handhaaf, moet a tweede vervoerder is nodig (bv. Na + /K + -ATPase), wat in 'n ander gedeelte van die membraan geleë kan wees. Dit is hierdie tweede vervoerder wat verbruik die energie (ATP) – daarom behoort hierdie soort vervoermeganisme tot die groep aktiewe vervoer. Tussen hakies het ons 'n voorbeeld verskaf van sekondêre aktiewe vervoer van glukose deur SGLT vervoerder, wat die gradiënt van Na + gebruik wat deur Na + /K + -ATPase geskep word. Volgens die transportrigting herken ons simport (beide deeltjies word in dieselfde rigting vervoer, van of na die sel) en antipoort (deeltjies word in die teenoorgestelde rigting vervoer - die een word in die sel ingedra en die ander daaruit) . SGLT gee die simbool van glukose en Na + .

Tersiêre aktiewe vervoer werk op dieselfde beginsel.

3) Vervoer van makromolekules oor die membraan

Volgens die rigting:

a) Eksositose is 'n proses waardeur makromolekules die sel verlaat. Sitoplasmiese membraan versmelt met die membraan van die transportvesikel en die makromolekule word óf in die ekstrasellulêre ruimte vrygestel óf bly deel van die selmembraan.

b) Endositose is die proses van opname van makromolekules in die selle. Sitoplasmiese membraan invagineer na binne en skep 'n transportvesikel. Volgens die aard van die vervoerde deeltjies word die proses anders uitgevoer:

1. Pinositose: die vervoer van makromolekules in oplossing. Die proses kan selektief wees (wat slegs deur spesifieke membraanreseptore plaasvind) of nie-selektief (die plek van invaginasie is lukraak).

2. Fagositose: inname van groot deeltjies. Die sel omring die deeltjie aanvanklik met uitsteeksels van die sitoplasmiese membraan (pseudopodia) en omhul dit dan aan die vesikel.

Intrasellulêre vervoer

Vervoer binne -in die sel vind gewoonlik plaas deur:

1) Diffusie: deeltjies opgelos in 'n waterige medium van sitosol

2) Vervoer in sekretoriese vesikels: proteïene word meestal by ruwe endoplasmatiese retikulum gevorm, gevolg deur hul vervoer na Golgi -apparaat. Sekretoriese vesikels of lisosome breek los van GA en word verder binne die sel vervoer. Hierdie soort vervoer word uitgevoer deur motoriese proteïene (dyneïene en kinesiene) wat die ATP gebruik om oor die oppervlak van mikrotubules te beweeg (dynein beweeg na hul einde en kinesien na hul + einde) en dra die vesikel wat aan hul tweede einde.

Kompartementalisering van metaboliese weë

Sitosol (sitoplasma sonder organelle):

1) Metabolisme van sakkariede: glikolise, deel van glukoneogenese, glikogenolise en sintese van glikogeen, pentosesiklus

2) Metabolisme van vetsure: FA -sintese

3) Metabolisme van aminosure: sintese van nie-essensiële AA, sommige van die transamineringsreaksies

4) Ander weë: dele van hemat- en ureum -sintetiese paaie, metabolisme van puriene en pirimidiene

Mitochondria:

1) Metabolisme van sakkariede: PDH, deel van glukoneogenese (omskakeling van piruvaat na OAA)

2) Metabolism of fatty acids: beta-oxidation of FA (Linen’s spiral), synthesis (hepatocytes only) and degradation (extrahepatic tissues) of ketone bodies

3) Metabolism of amino acids: oxidative deamination, some of the transamination reactions

4) Other pathways: Krebs cycle, respiratory chain and oxidative phosphorylation, parts of heme and urea synthesis pathways

1) Proteosynthesis (translation of mRNA)

2) Posttranslational modifications (oxidations, cleavage, methylations, phosphorylations, glycosylations)

1) TAG and phospholipid synthesis

2) FA elongation (to a maximal length of 24 carbon atoms – in nerve tissue) and desaturation (maximally at 9 th carbon atom – counted from carboxyl group)

3) Parts of steroid synthesis pathway

4) Biotransformation of xenobiotics

5) Conversion of glucose-6-phosphate to glucose (only in tissues with glucose-6-phosphatase)


New understanding of how bacteria build their protective cell wall

Using a series of chemical and genetic tricks to interrogate a dizzying cast of characters involved in the process of building a cell wall, researchers believe they have discovered the hidden identity of a key enzyme involved in flipping precious cargo from the inside to the outside of a bacterial cell.

It sounds like a hardboiled mystery, but it's the results of research published this month in Wetenskap from a team led by microbiologists at Harvard Medical School and Ohio State University.

The bacterial membrane is like an overinflated balloon that would burst without the cell wall, a molecular cage that surrounds the membrane and gives the membrane integrity in the face of the great osmotic pressure exerted on free-living, single-cell organisms. The building blocks of the wall are made inside the cell and need to be secreted through the membrane to the exterior to construct the wall where it's needed. The keys to the hidden passageways that export these building blocks through the membrane have remained mysterious, despite repeated efforts to bring them to light.

Cell wall construction is an important target for antibiotics such as penicillin and bacitracin. When these drugs interfere with cell wall production, bacteria burst and die. Growing concern about the increase in antibiotic resistance has fueled the search for alternative weapons in the fight against resistant bacteria. Because of its prior success as a target, researchers have been trying to learn more about cell wall assembly to discover new ways of blocking it for therapeutic development.

"The more you know about a process, the easier it is to break it," said Thomas Bernhardt, associate professor of microbiology and immunobiology at HMS.

For many years, scientists have known how the basic building blocks of the cell wall are assembled inside the cell cytoplasm, and how the blocks are stitched together on the cell surface to construct the wall. What has remained puzzling is how the bricks needed to build the cell wall are transported across the membrane to the outside, where the wall is assembled.

The wall building blocks consist of sugar molecules linked to a lipid carrier that anchors them to the cell membrane. It has long been thought that bacterial cells possess a transport protein that promotes a flip-flop reaction to move the lipid-linked building blocks from one side of the membrane to the other. However, the identity of this transporter, known as a flippase, has remained mysterious. But now a team of scientists from HMS and OSU have found evidence that the flippase is a protein called MurJ. The researchers are hopeful that this discovery could eventually lead to a new category of antibiotics that block the flipping reaction.

A few candidates for the flippase have been considered, but researchers have been in disagreement over which candidate truly catalyzes the flip-flop. To resolve the issue, a method of detecting the reaction in living cells was needed. However, this was easier said than done.

"It's a subtle change, shifting molecules from one side of the membrane to the other," Bernhardt said. "We needed an exquisitely specific and sensitive assay."

In addition to being small in scale, the cell wall building blocks are rare. In the experiments that the researchers ran, only a few thousand of the millions of lipid molecules in the cell membrane are cell-wall related. Bernhardt's team developed a method using colicins, protein toxins that work like a molecular razor blade, slicing the sugar blocks off their lipid anchors. This releases free sugar blocks not normally produced by cells into the medium that the bacterial cells are floating in. Because the toxins can't penetrate the membrane, they can only snip sugar blocks on the outside. If the sugar blocks are outside, that shows that flipping is underway.

"The first time we were able to see the colicin product I was incredibly excited because I knew we were detecting the flipping reaction," said Lok To (Chris) Sham, a postdoctoral fellow in Bernhardt's lab.

The next step was to use a combination of genetic and chemical techniques to test what happened when the candidate flippases were switched off.

Co-author Natividad Ruiz and her laboratory at OSU had developed strains of bacteria with mutated versions of MurJ that were uniquely susceptible to a chemical that reacts with certain amino acids in proteins. When the chemical was introduced to populations of the bacteria with the mutated MurJ proteins, none of the colicin- generated sugar blocks were found in the medium. This finding indicated that flipping stopped in the absence of MurJ, revealing that MurJ was the hidden flippase.

The team performed similar experiments to test whether turning off the other proteins suspected of being the missing flippase would stop flipping, but in those tests, the bacteria continued to flip sugar blocks.

Each experiment needed to happen quickly. Sham recalled adding the reagent at his bench and running across the hall to the lab's centrifuge to harvest the cells before they could burst and thus destroy the evidence that he needed to collect.

The researchers added that finding a way to make MurJ work as a flippase in test tube models will be important in the next phase of research, as they work to purify MurJ and to monitor the mechanism of the flipping process more closely.

The experiments were done in E. coli, but the researchers suspect this process is common to all bacteria with cell walls.

"We now know what protein is involved in the process," Bernhardt said. "Next we need to delve into the mechanics of the operation, the structure of MurJ and how it promotes transport so that we can plug it with small drug molecules to interfere with the flipping process."

As is often true in the complex world of microbiology, solving one case only leads to new mysteries.


Kyk die video: Sum 41 - Fatlip Official Music Video (September 2022).


Kommentaar:

  1. Garberend

    Thank you for choosing assistance on this matter. Ek het dit nie geweet nie.

  2. Trypp

    Ek dink, wat is dit 'n uitstekende idee?

  3. Mosi

    don't remember

  4. Janaya

    Baie waardevolle ding

  5. Harun Al Rachid

    Die grootste aantal punte word bereik. Goeie idee, ek stem saam met jou.

  6. Bazahn

    Goeie, baie goeie inligting



Skryf 'n boodskap