a membrántranszport molekuláris mechanizmusai

A membrántranszport molekuláris mechanizmusai

II. A membrántranszport alapjai

Dr. Horváth FerencSZTE, Növénybiológiai Tanszék

A membrántranszport alapjai1. Áttekintés

A membrán gátat képez hidrofil molekulák átjutására

Runar Collander (finn, 1930-as évek)a molekulák biológiai membránokon való átjutása arányos a molekula olaj:víz megoszlási hányadosával.

Chara tomentosa – sejtfürdőbe: töltés nélküli szerves vegyület• az inkubáció után az adott anyag sejten belüli mennyisége = a külső mennyiségével• az equilibrium elérésének ideje változik• Definíció: permeabilitási koefficiens (Ps)

Kísérlet

VP ln 2s t A

0,5

Ahol t0,5 az equilibrium eléréséhez szükséges idő fele,V a sejt térfogataA a sejt felülete.

Mivel a molekulák különböző tömegűek (Mr), a mozgásukat a méret is befolyásolja.Korrekciós faktor.

Egyenes arányosság a membránon való átjárhatóság és a lipofilitás között.


Kontrollált membrántranszport integráns membránfehérjékenenzimeknek tekinthetők (szubsztrát-specifitás, a transzport aktivációs

energiáját csökkentik), de a katalizált reakció vektoriális és nem skaláris

Integráns membránprotein – hidrofób aminosav szekvencia szakaszokat tartalmaz – a zsírsav oldalláncokkal lép reakcióba

Hidropátia analízis: megmutatja, melyik rész ágyazódik a membránbaaz -hélix minimum 20 AS-at tartalmaz (0,15 nm emelkedés / AS; PM: 3 nm)

Hidropátia index: AS vízben való oldhatósága (+4,5 -4,5)Venni kell egy 19 AS-as „ablakot”ha az átlagos HI > 1,6, akkor az transzmembrán domén.

KAT1


A membrántranszport szerepe

Turgor kialakítása: a sejtfal segítségével a növényi sejtek nem robbannak fel híg közegben – pozitív nyomásfőként a K+ akkumulációja gerjeszti (citoplazma, vakuólum)halofitáknál (sótűrő) Na+

az elektroneutralitás megőrzése miatt az ellenion: Cl- és malát

Tápanyagok akkumulációja: a talajból a gyökérsejtek segítségévelesszenciális elemek: nitrogén – NH4

+, NO3-, foszfor – H2PO4

-, kén – SO42-

nyomelemek: bór, cink, réz, vas – specifikus transzporterek

Melléktermékek eltávolítása: a citoplazmából való kivonása H+ a legfontosabb – proton pumpák a PM és tonoplasztbanOH- is – a HCO3

- és NO3- ionokat szerves molekulákba beépítő növényeknél

Anyagcsere termékek elosztása: floém – szacharóz és aminosavak szállítása a szintézis helyétől a felhasználás helyéig

Anyagcsere termékek kompartmentalizálása: a raktározó és lebontó folyamatok térbeli elkülönítésepl. amiloplasztiszokban keményítő raktározás – citoszolban glikolízispl. mitokondriumban mesterségesen nagy ADP/ATP és NADH/NAD+ arány a légzés hatékonysága miatt

Energia-transzdukció: fényenergia – fotoszintetikus e-transzport – tilakoid lumenében a protonok száma nővagy mitokondrium NADH oxidálása – protonok jutnak a mátrixból az intermembranális térbeeredmény: a protonok visszajutásával ATP-szintézis

Szignál-transzdukció: növekedés és fejlődés során abiotikus és biotikus szignálokátvitele: a citoplazmatikus szabad Ca2+ koncentrációjának emelkedése – Ca2+-csatornákvisszacsökkenés: PM, belső membránok – Ca2+-ATPáz

A membrántranszport alapjai2. A membrántranszport szerveződése

Az anyagtranszportot négyféle hajtóerő mozgatja:

koncentráció, hidrosztatikus nyomás, (gravitáció) és elektromos mező

FEzPVaRT jjjjj ln0

μj - j anyag (elektro)kémiai potenciálja

μj0 – j anyag standard kémiai potenciálja

R – egyetemes gázállandó (8,314 J mol-1 K-1)T – abszolút hőmérséklet (K)a – aktivitás, töltés nélküli oldatoknál: Cj moláris koncentrációVj – j anyag parciális moláris térfogataP – hidrosztatikai nyomász – az anyag töltése F- Faraday állandó (96500 coulomb / mol proton)E – elektromos potenciál

A kémiai potenciál mértékegysége a J mol-1.


Passzív transzport:

A sejt nem fektet be metabolikus energiát az anyag felvételére.

1. A transzport hajtóereje: két pont között fennálló kémiai potenciál különbség →DIFFÚZIÓS MOZGÁS

Passzív transzporttal mozog:a vízgázok: oxigén, széndioxid, N oxidok, kéndioxid stb.lipidoldékony, apoláros anyagok (benzin, szénhidrogének, aromás

szennyeződések), ionok (bizonyos esetekben)

S anyag kémiai potenciálja: , ahol

R – egyetemes gázállandó (8,314 J mol-1 K-1)T – abszolút hőmérséklet (K)a – aktivitás, töltés nélküli oldatoknál a moláris koncentráció. - standard kémiai potenciál

A kémiai potenciál mértékegysége a J mol-1.


Elektromosan töltetlen anyagok kémiai potenciálja

0S S RT ln a

0S SC C

RT ln S

0S SO O

RT ln S

S C O

C O

RT ln S RT ln S

RT ln S / S

A kémiai potenciál különbsége:

0S

Két vizes teret határoló membrán esetén:

Mindig a citoplazmához viszonyítunk.

Ez a koncentráció-különbségben raktározott energia.


S C O

C O

RT ln S RT ln S

RT ln S / S

S előjele fontos, hapozitív – a citoplazmába irányuló S influxa energiaigényesnegatív – a citoplazmába az S anyag passzív módon jut0 – nincs koncentráció-különbség

A transzport iránya


Vegyünk egy z töltéssel rendelkező iont (I):

Elektrokémiai potenciál

membránpotenciál

apotenciálj elektromos közeg a -

proton) mol / coulomb (96500 állandóFaraday - F

potenciál iaielektrokém standard -

ahol , 0

E

I

ln0 zFEIRTII

ln0CCCI zFEIRT

I

ln0OOOI zFEIRT

I

ln m

O

CI zFV

I

IRT

OCm EEV

Aktív transzport

A sejt metabolikus energiát fektet be az anyag felvételéhez.

Elsődleges aktív transzport: ionpumpák

Növényekben a proton-transzlokáló ATP-ázok (H+-ATP-áz)

- lokalizáció: plazmamembrán, vakuólum membrán (tonoplaszt)- az ATP hidrolízisével felszabaduló energiát a proton sejtfalba ill. vakuólumba irányuló transzportjára használja;

Eredmény: proton elektrokémiai potenciál gradiens proton mozgató erő (pmf)

Másodlagos aktív transzport:

A pmf felhasználása más anyagok transzportjában- ezek a transzporterek lehetnek hordozók és csatornák


mC Opmf RT / F (2,303) log H / H V

O C mpmf 8,314 (298) (2,303) /(96500) pH pH V


Proton mozgató erő (pmf): a protonra vonatkozó transzmembrán elektrokémiai potenciálkülönbség, voltokban kifejezve

z = +1

A pmf-et voltokban fejezzük ki és nem J/mol egységekben, így

O C mpmf 59,1 pH pH V

Tehát 1 pH egység különbség 59 mV elektrokémiai potenciálváltozást jelent a protonmozgató erőben!

/ln mOCHzFVHHRT

/ FpmfH


pH: 5,5

pH: 7,5

Vm = -150 mVpH = 2

O C mpmf 59,1 pH pH V

pmf = -268 mV

A protonpumpák működése elektrogén:nem csak a pH különbség előállításán keresztül növelik a pmf abszolút értékét, hanem a Vm értékét is negatívabbá teszik.

Proton recirkuláció hajtja a hordozó molekulák által közvetített anyagtranszportot, a citoszolból kifelé és befelé egyaránt, közben a pmf felhasználódik.

Proton kotranszport: a citoszol felé szimporterekkel, a citoszolból kifelé (apoplaszt tere vagy organellumok tere) antiporterekkel kerül az anyag.


Kemiozmotikus hipotézis

Peter Mitchell 1960-as évek (Nobel díj, 1978).

Mitokondrium és kloroplasztisz:Proton-gradiens energiája ATP szintézisére használódik.

PM, TP: ATP és PPi hidrolízisének energiájából proton-gradiens alakul.

Az így létrehozott elektrokémiai potenciálkülönbség mozgatja az ionokat és kisebb molekulákat a hordozókon és csatornákon keresztül.

A transzport irányát a transzporterre ható hajtóerő szabja meg.A hajtóerő a szabadenergia különbségből (transzmembrán potenciálból) adódik.

Nem töltött anyag esetén: kémiai potenciál különbség kJ/molIonok esetén: kémiai potenciál különbség + elektromos potenciál különbség (membrán potenciál Vm)


Ioncsatornák: a rajtuk átáramló ionok mozgásirányát az adott ionra ható elektrokémiai mozgatóerő befolyásolja.

Pmf nincs közvetlen hatása, csak a Vm membránpotenciálon keresztül.

Ionpumpák Hordozók Ioncsatornák

Átviteli szám (db molkekula/másodperc)

102 103 106 – 108

Membránon vett sűrűség(db/m2)

100-1000 1-10

Az ionpumpák átviteli száma kicsi, és pmf-et generál a hordozók számára is, ezért jóval nagyobb a koncentrációja a membránban, mint a csatornáké.

A P-típusú H+-ATPáz tisztítása SDS-poliakrilamidgélelfó segítségével spenót levélből:A membránfehérjék közül a pumpa mennyisége számottevő.

PumpákF-típusú H+-ATPázok

belső mitokondriális és tilakoid membrán

P-típusú H+-ATPázokgomba PM H+-ATPáznövény PM H+-ATPáz Na+ / K+ ATPáz (állati sejtek)Ca2+-ATPázok (növény és állat PM és endomembránok)H+ / K+ cserélő ATPáz (emlős gyomor mucosa réteg)

V-típusú H+-ATPázok

Vakuoláris proton pirofoszfatáz (H+-PPáz)

ABC-típusú pumpák

A membrántranszport alapjai3. Pumpák


F-típusú H+-ATPázok

- a belső mitokondrális membránon és a tilakoid membránon találhatók- a proton-pumpáló elektrontranszport-láncok a redoxpotenciál ill. a fény energiáját használva pmf-t állítanak elő- a pmf hajtja a H+ áramlást az F-típusú ATPázon keresztül ATP szintetizálódik

F0 (mitokondrium) CF0 (kloroplasztisz) alegység

ab2c9-12

A c alegységek forognak a proton transzlokáció során, ami a alegységet pörgeti, így a nukleotidkötő helyek konformációváltozást szenvednek..

F1 (mitokondrium) CF1 (kloroplasztisz) alegység

333 db alegység: 3 nukleotidkötő domén


John Walker és Paul Boyer, Nobel díj 1997:

Gyenge kötődés: az aktív centrum gyengén köti az ADP-t és Pi-tErős kötődés: az ATP molekula kialakulNyitott konformáció: ATP leválás

3 db H+ átjutása alatt szintetizálódik 1 ATP molekula.


P-típusú ATPázok családja

1 db 100 kDa-os protein, ATP-t köt és H+ transzportot katalizál

Funkciói: - pmf (Vm) generálása (hordozók és ioncsatornák) - sejtfal savanyítás (auxin hozzáadása után 2 perccel!) expanzin enzimek aktiválódnak, amelyek a H-kötéseket lazítják – sejtfal növekedés - H+ eltávolítása a sejtből (anyagcsere folytonosan termeli) - a citoszol pH-jának szabályozása (7,3-7,5): a H+-ATPáz pH-optimuma 6,6, tehát ha savas a közeg, akkor jobban működik

Hatékonysága: 1 proton / 1 MgATP hidrolízise

Reakcióciklus: E1 konformáció – H+ kötődik hozzá E2 konformáció – ATP hidrolízise így a foszfát-csoport enzimhez való kapcsolódása eredményezi.E2 alacsony affinitású a H+-ra nézve, így az a másik oldalon disszociál.Az enzim-foszfát hidrolízise viszi az enzimet vissza E1 konformációba.


A foszfátcsoport kovalens kötődése (E-P) megkülönbözteti az F-típusú ATPázoktól.

Az enzimcsalád tagjai:gomba PM H+-ATPáznövény PM H+-ATPáz Na+ / K+ ATPáz (állati sejtek) (Skou, Nobel díj, 1997)Ca2+-ATPázok (növény és állat PM és endomembránok)H+ / K+ cserélő ATPáz (emlős gyomor mucosa réteg)

Közös tulajdonságok:ortovanadáttal (H2VO4

-) való gátolhatóságdomén struktúra azonossága (főleg az ATP-kötő domén konzervált a különböző pumpák között)

D – aszparaginsav (foszforilálódik)

ATP-kötődomén

A defoszforilációban résztvevő hurok Autoinhibíciós domén


A P-típusú ATPázokat egy multigén-család kódolja, mely szövetspecifikus expressziót mutat

Arabidopsis (lúdfű) esetén AHA géncsalád (10 tag, 10 izoformát kódol)pl. AHA3 – floém AHA10 fejlődő magvak

Magyarázat: más és más az ATP-re vonatkozó KM érték, más az ortovanadátra való érzékenység

Szövetspecifikus P-típusú ATPázgénexpresszió Arabidopsisban.

(A) szárkeresztmetszet, az AHA3-c-Myc fúziós protein immunofluoreszcens kimutatása P – floém, C – kortikális sejtek, X – xilém

(B) AHA10 gén promóterének expressziója fejlődő magvakban, -glükuronidáz (GUS) festéssel.

A nyilak két magot mutatnak a becőtermésben. A kék szín az AHA10-GUS fúziós protein termelődését mutatja.


A P-típusú ATPázok szabályozása

- pH-tól való függés- a C-terminális autoinhibíciós domén (ennek eltávolítása vagy pontmutáció benne módosítja

az enzim működését)- az auxinnak hatása a pumpa expressziójának növelésében van

A fuzikokcin (Fusicoccum amygdali gomba toxinja) – növeli a zárósejtek turgorát sztómanyitódás, levélszáradás1994 – a fuzikokcin receptora a szignál-transzdukciós proteinek családjából való 14-3-3

protein14-3-3 proteinek – dimerek, melyek a célproteinre (foszforilált szerin reziduálist tartalmaz)

vonatkozó konszenzus szekvenciával rendelkeznek


A C terminus autoinhibíciós doménként viselkedik.

A szerin foszforilációja és a kötődő 2 db 14-3-3 protein megszünteti a gátlást és aktiválja az enzimet (balra)

Az enzimet foszforiláció híján a fuzikokcin + 14-3-3 proteinek is aktiválhatják


Na+ / K+ ATPáz (állati sejtek)


A Ca2+-ATPáz

Megtalálható: PM, ER, kloroplasztisz membrán, vakuoláris membránokCa2+-ot pumpálnak ki a citoszolból, [Ca2+]cyt = 0,2 M

Állati sejtekben részletesen tanulmányozott pumpák:

PM-típusú ER-típusú

Aktiváció a kalmodulin a C-terminálishoz kötődik nincs kalmodulin kötőhely

Helye növényekben

PM, tonoplaszt (itt kivételesen a kalmodulin kötőhely az N-terminálison van), kloroplasztisz belső membrán

ER

Vakuoláris PM-típusú Ca2+-ATPáz

A Ca2+ átjuttatásához sok energia kell, mert: - kint több Ca2+ van mint a citoszolban - a citoszol elektromosan negatívabb, mint a külső oldal

A Ca2+ eletrokémiai potenciálkülönbségéből származó szabadenergia: -60 kJ/molAz ATP hidrolíziséből származó szabadenergia: -50 kJ/mol, ami nem elég a pumpa működtetéséhez.

Gyakran Ca2+ / H+ cserélőként működik!


A vakuoláris (V-típusú) H+-ATPázok csoportja

Funkciója: a vakuoláris tér savanyítása kb. pH 5,5-ös értékre (citrusfélék gyümölcsének esetén ez akár pH 3 alatt is lehet)nemcsak a hordozók számára energizálja a membránt, desok vakuoláris enzim (proteázok, glükozidázok, foszfatázok, nukleotidázok) pH optimuma savas

Az F-típusú ATPázok rokonai, de fordított irányban működnek. Sokkal összetettebb alegység szerkezet, mint az F-típusnál.

Sztöchiometria: 2 db H+ transzlokáció / 1 ATP hidrolízis

Gátolhatóság: bafilomicin A1, a V0 szektorral lép kölcsönhatásba

Előfordulása: tonoplaszt, ER, Golgi, burkolt vezikulumok membránja (a mitokondriumon és a kloroplasztiszon kívül minden organellum képes fenntartani a savas belső terét.

V0

V1


A bafilomicin szerkezete. A Streptomyces fajok által termelt toxin a V-típusú ATPáz specifikus gátlószere.


Vakuoláris proton pirofoszfatáz (H+-PPáz)

A szervetlen pirofoszfát (PPi) hidrolíziséből felszabaduló energiát hasznosítja

Szerkezete: egyszerű, kicsi (80 kDa)-os fehérje, 16 transzmembrán szegmenssel

Szubsztrátja a dimagnézium-pirifoszfát (citoplazmában M-os nagyságrendben)

Gátolhatósága: Ca2+, aminometilén-difoszfonát, a működéséhez a citoplazmatikus felszínnél K+ ionoknak kell jelen lenni

Miért van szükség kétféle protonpumpára a tonoplaszton?

Fiatal sejtekben sok PPi termelődik a hidrolízise során felszabaduló hő helyett az energia inkább a pmf létrehozásában hasznosul



Az amfipatikus molekulák vakuoláris membránon való átjutását katalizáljákpl. flavonoidok, antocianinok, a klorofill lebontási melléktermékei,

xenobiotikumok (herbicidek).Az átjutáshoz ATP szükséges, a transzport viszont nem csökkenti a pmf-t.

ABC = ATP binding casette – elterjedt az enzimek között, melyek ATP-t kötnek.Walker A és B motívum

NBF = nucleotide-binding fold (2 db van belőle)Sok transzmembrán szegmens

A flavonoidok és xenobiotikumok glutation-konjugátumként (GS-konjugátumok) transzlokálódnak. GS=tripeptid (glutaminsav+cisztein+glicin)Glutation S-transzferáz (GST) enzim végzi a konjugátum-képzést.

Az ABC-transzporterhez való kötődés után1, pumpaszerű működés, vagy2, flippázszerű működés.Nem tisztázott.

glutation (GS)

DNP – dinitrofenol (xenobiotikum)

NCC – lineáris tetrapirrolBn – Brassica napus

AtMRP2 – Arabidopsis ABC-transzporter



Hordozók

uniport – elektrokémiai gradiensen lefelé (facilitált diffúzió)kotranszport – elektrokémiai gradiensen fölfelé

szimportantiport

Másodlagos aktív transzport: az elsődleges aktív transzportban generált pmf használódik fel az anyag energiaigényes transzportjára

Energiát szolgáltatja: pmf (H+), Na+ és több töltés nélküli anyag is

H+pmf

szimport v. antiport

anyag

uniport

A membrántranszport alapjai4. Hordozók


- a transzport alatt nem történik kémiai módosulás,- a transzport kinetikája szubsztráttal való telítődést mutat- a Michaelis-Menten kinetikával kezelhető

Lineáris szakasz:Alacsony S koncentráción az

S hordozóhoz való kötődése alakítja a kinetikát

Magasabb S koncentráción a konformációs változás, a kötőhelyhez való hozzáférhetőség a limitáló tényező

A maximális sebesség felénél mérhető szubsztrát koncentráció a Michaelis-Menten állandó (KM)

A hordozók működése Michaelis-Menten kinetikát mutat, mely konformációs változásra utal

szubsztrát

v = vmax [S] / (KM + [S])


A másodlagos aktív transzport molekuláris mechanizmusa (itt szimport esetén)


Másodlagos aktív transzport: szimport és antiport

A kotranszportált anyag lehet semleges és töltéssel rendelkező is

nagy affinitású rendszer: K+-H+ szimport (1:1)HKT1 (534 aminosav protein)

μM [K+]ext tartománybangyökér kortex sejtekben

alacsony affinitású rendszer: befelé egyenirányító ioncsatornák

1 mM [K+]ext fölött

Vm-hajtotta K+ influx (H+-ATPáz!)Al3+ ionok gátolják

A membrántranszport alapjai4. Hordozók - A kálium felvétele


A hordozók működésének kinetikai és fizikai modellje

C – hordozó, o – extracelluláris oldal, i – intracelluláris oldal, S - szubsztrát

A kötőhely pozíciója nem módosul, csak a konformáció változik meg.


A transzportált anyagok sokfélék lehetnek, a hordozók erősen szubsztrát-specifikusak.

PM:• NH4

+, NO3-, Pi (H2PO4

- formában), K+, SO42-, Cl-

• szerves anyagok: aminosavak, purin és pirimidin bázisok• nem csak a tápanyagfelvételben, de pl. floém feltöltésben is szerepük van• a fejlődő szövetekbe való cukor és aminosavak mobilizálása

Tonoplaszt:Na+, Mg2+, Ca2+, NO3

-, szacharóz, aminosavak

Kloroplasztisz:triózfoszfát-ortofoszfát transzlokátor (dihidroxiaceton-foszfát (DHAP) kifelé – Pi

befelé), így az újonnan fixált, citoplazmába kijutó szén nem okoz foszfáthiányt a kloroplasztiszban

Mitokondrium:mátrix ATP – citoszol ADP csere, így a mitokondriumban több ATP tud

szintetizálódni

A hordozóknak erős szubsztrát-specifitásuk vanizomerek között is különbséget tesznek (L-, D-), így nagyon sokféle hordozó van


A legtöbb növényi hordozót a pmf energizálja –protonhoz kapcsolt kotranszport

-Ekkor a szubsztrát molekula a saját elektrokémiai potenciálgradiensével szemben transzportálódik- ezt két kísérlet bizonyította:

Az elektród a plazmamembrán membránpotenciálját (Vm) mériszulfát anion hozzáadásával a Vm emelkedik (depolarizáció), jelezve a H+ kotranszportot (monovalens anionnal 2 H+, divalens anionnal 3 H+ jut be). A fürdőoldat közben lúgosodott.A transzportrendszer elektrofór, mert nettó elektromos töltésáramlást keltett.

Kalcium izotópos fürdőoldatba helyezett vezikulákat szűrtek le szűrőpapíron, majd mérték a sugárzást.Ca-ionofór – átjárhatóvá teszi a membrán a kalcium számára: nem kívülről kötődött a membránhoz, hanem akkumulálódott.FCCP – megszünteti a proton-gradienst.

V

H+pmf

szimport v. antiport

Ca2+-H+ Antiport


Tonoplaszt:glükóz és aminosav hordozók

Kloroplasztisz: 2-oxoglutársav-almasav, ATP-ADP, hexóz-foszfát-ortofoszfát,DHAP-ortofoszfát

Ekkor a transzportált anyag koncentráció-gradiense szolgáltatja az energiát.

Más, nem ionhoz kapcsolt kotranszport


A hordozók szerkezete és tanulmányozásuk lehetőségei

• Csak élesztő komplementációs kísérletekkel és heterológ expressziós rendszerekben (pl. oociták) lehet tanulmányozni• Transzport mutáns élesztőbe visznek növényi cDNS-t, így azok az anyagot fel tudják venni

• így az összes 1 alegységes hordozót meghatározták (a cDNS-t tartalmazó vektor 1 alegység génjét tartalmazza)

• méretük 40-50 kDa, többnyire hidrofób fehérjék• általában 12 transzmembrán domén, a 6-7 között erősen hidrofób loop• több belső repeat szekvencia a C és N-terminálisfélben (az idők során génduplikáció történt)• MFS (main facilitator superfamily)-ba tartoznak, mely nagy és erősen diverz csoport


A hordozók aktivitását elektrofiziológiai mérésekkel is meg lehet vizsgálni, mert az elektrofór transzport függ a membránpotenciáltól.

Ehhez az élesztő nem alkalmas, mert pici és erős kitines sejtfala van.Az oociták nagyméretű sejtek, melyeknek gyenge endogén transzport-aktivitásuk vanKönnyen transzfektálhatók: a növényi cDNS vektorba csomagolva mikroinjektálással bejuttatható.cDNS – cRNS – majd transzport aktivitás 2-4 nap múlva mérhető


A hordozók lokalizációját legkönnyebben immunofluoreszcenciás eljárással lehet megállapítani.

Példa: szacharóz-H+ szimporter elhelyezkedése Plantago és Arabidopsis fajokban a SUC2 protein csak a kísérősejtekben expresszálódik

pmf-t a P-típusú ATPáz, az AHA3 izoforma generáljaa szacharóz feldúsul a kísérősejtben és a plazmodezmákon keresztül jut a rostacső-elemekbe (floémfeltöltés)

Solanaceae – a SUT1 szacharóz szimporter a rostacső elemekben van, nincs a kísérősejtben. Sőt a SUT1 mRNS-t is megtalálták a rostacső elemekben, melyek sejtmagot nem tartalmaznak.

Az mRNS a plazmodezmákon jut át.

A SUC2 immunofluoreszcenciás jelölése Arabidopsis szárban. A xilém autofluoreszcens jelet produkál.(B) Ugyanez fénymikroszkópos felvételen.

A SUT1 lokalizációja a rostacső elemekben (se). (A) Burgonya szár hosszmetszet vörös immunofluoreszcens festékkel.(B) Keresztmetszet..


m(n z)FV

n nRT

c e e cS / S H / H e

H+pmf

szimporter

zcc

zee SnHSnH

Sz

e

c

n: sztöchiometriai arányz: átvitt anyag töltése

Reakció:

A reakció akkor játszódik le balról jobbra (akkor juttat a szimporter befelé protont és S anyagot), ha a két elektrokémiai potenciálgradiens vektori összege befelé mutat, azaz

0 SHn (a citoplazmához viszonyítunk)

Kifejtve a két potenciált: adódik:


Ha pl.pHcyt = 7,5pHextracell = 5,5 akkor az anyag maximális felhalmozódási aránya:

Ha pl. S töltés nélküli anyag, és 1 protonnal transzportálódik, akkor n = 1 esetén Vm= -150 mV mellett a max. felhalmozódási arány 36500. n=2 esetén ez 1,34 x 109 !

Tehát a protonhoz kapcsolt hordozók nagy koncentrációkülönbséget képesek létrehozni, szabályozásuk nagyon fontos.

m(n z)FV

n nRT

c e e cS / S H / H e


A hordozók szabályozása

Transzkripcionális szinten

derepresszált mód – szubsztráthiány esetén, represszált mód magas szubsztrát-ellátottság után

Poszt-transzlációs szinten

Chara internodális sejtjének membránján alacsony citoszolikus Cl- koncentráció esetén erős H+-Cl- szimporter aktivitás. Ha a [Cl-]cyt felemelkedik 10 mM fölé, akkor a citoszolikus Cl- kötődik a hordozó kötőhelyéhez és blokkolja működését. Transzinhibíció jelensége.

AtKUP3 Arabidopsis K+ hordozója, mely a K+ felvételét bonyolítja a gyökérben.


Néhány esetben a hordozók működése nem H+-hoz hanem Na+-hoz kötött.

Tengerben élő algafajok esetén az NO3- és

néhány aminosav felvétele Na+-hoz kötött szimportot mutat.Tengervíz 480 mM Na!

Édesvizi algáknál a Na/K szimport is lehetséges, a Na-ra vonatkozó nagy Vm komponens miatt.

Búzában is megtalálták:HKT1 high-affinity K+ transporter a gyökér kortexében.

a membrántranszport molekuláris mechanizmusai

Documents