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Membranpumpen, Tansporter und Membrankanäle

Membranpumpen, Tansporter und Membrankanäle

Membranpumpen, Tansporter und Membrankanäle

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D. S.
Lernen
D. S.
Diese Lernkarten behandeln die Funktionsweise und Eigenschaften von Membranpumpen, Transportern und Kanälen auf einem fortgeschrittenen Niveau. Sie konzentrieren sich auf die Mechanismen von Ionenkanälen, insbesondere Na- und K-Kanälen, sowie auf die Rolle von ATP in der Regulation der Ionenkonzentration. Die Karteikarten erklären, wie Aktionspotentiale aufgebaut werden und welche Eigenschaften verschiedene Kanäle und Pumpen besitzen. Dieses Lernset ist ideal für Studierende der Biologie, die sich mit zellulären Transportprozessen und der Funktionsweise von Membranproteinen vertraut machen möchten.
Karten
14
Lernende
2
Sprache
Deutsch
Kategorie
Biologie
Stufe
Andere
Erstellt / Aktualisiert
22.02.2017 / 09.12.2019
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Lernkarten

nenne Eigenschaften der ATP getriebene Membranpumpen

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  • aktiver transport gegen Konzentrationsgradienten
    • freie Enthalpie
      • Atp-Hydrolyse
      • Lichtadsorption
  • zwei Konformationszustände
    • Aspartatrest wird durch ATP-Hydrolyse phosphoriliert  => Konformationsänderung => Inenbindungsstelle auf gegenüberliegende Seite wird geöffnet
  • Erzeugung und Aufrechterhaltung von Ionengradienten
  • Na+/K+ Pumpe
  • Ca++ Pumpe

wie wrd die Ca-Konzentration in der Zelle reguliert?

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  • eukaryontische Zellen haben eine sehr tiefe Ca-Konzentration im Zytosol
  • Ca-Gradienten-Fluss als Hauptbestandteil der Signalüermittlung

 

  1. Acetylcholin bindet an Rezeptorproteine auf Plasmamembran
  2. Aktionspotenzial breitet sich bis in T-Tubuli hinein aus
  3. Ca-Freisetzung aus dem sarkoplasmatischem Retikulum
  4. Ca-Ionen binden an Troponin => Freilegung Myosinbindungsstellen
  5. Myosinköpfe heften sich an Actin und lösen sich wieder unter ATP-verbrauch (Muskelkontraktion)
  6. Ca wird durch aktiven Transport (Ca-ATPase)  ins SR zurück geschafft
  7. Myosinbindungsstellen werden wieder blockiert durch tropomyosin => Erschlaffung der Musklen

Erkläre den Mechanismus der Ca-ATPase

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  • zwei Konformationen
    • E1 Konformation
      • Öffnung der Pumpe zur cytoplasmatischen Seite
      • hohe Ca-Affinität der Ca-Bindungsstellen
        • Carboxylgruppen (COO-) von Glutamat-/ Aspartat-Seitenketten binden CA-Ionen
          • H2O (umgibt normalerweise Ca-Ionen) wird durch Carbonyl-Sauerstoffatome der Ca-ATPase ersetzt
    • E2 Konformation
      • Öffnung er Pumpe zum SR-Lumen
      • niedere Ca-Affinität der Ca-Bindungsstellen
        • Konformationsänderung bewirkt, dass O2-Atome nicht mehr mit Ca-Ionen interagieren können
  1. Ca und ATP bindet
  2. Phosphorilierung Aspartat
  3. Konformationsänderung
  4. Ca-Freisetzung
  5. Dephosphorilierung
  6. Konformationsänderung

nenne und beschreibe die unterschiedlichen Domänen der Ca-ATPase

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  • N-Domäne (Nukleotidbindungsdomäne)
    • ATP Bindungsstelle
  • P-Domäne
    • Stelle wo phosphoryliert wird
  • A-Domäne
    • verbindet Transmembrandomänen miteinander

beschreibe die Eigenschaften und Funktion der Na-K-Pumpe

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  • transportiert 3 Na-Ionen versus 2 K-Ionen unter einem ATP-Verbrauch
  • Transport entgegen Ionengradienten
  • grösster ATP-Verbraucher im Ruhezustand (1/3)
  • Tetramer
    • je zwei alpha und beta Einheiten
      • beta-Einheit hilft der alpha-Einheit sich korrekt zu falten
  • zwei Konformationen
  • E1 Konformation
    • Öffnung der Pumpe zur cytoplasmatischen Seite
    • hohe Na-Affinität; tiefe K-Affinität
  • E2 Konformation
    • Öffnung er Pumpe zum SR-Lumen
    • niedere Na-Affinität; hoheK-Affinität

 

  1. Na und ATP bindet
  2. Phsphorilierung von Aspartat
  3. Konformationsänderung
  4. Na Freisetzung und K Bindung
  5. Dephsphorilierung und Konformationsänderung
  6. K Freisetzung

nenne die drei Klassen von Transportern/Carrier

was sind die UNterschiede?

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  • Uniporter
    • transport von Molekülen entlang Konzentrationsgradienten
  • Antiporter & Symporter
    • Kopplung thermodynamisch ungünstigen mit thermodynamisch günstigen Membrantransport
    • Antrieb der Transport entgegen Konzentrationsgradienten durch thermodynamisch günstigen Transport entlang Konzentrationsgradienten
    • Antiporter
      • entgegengesetzter Transport
    • Symporter
      • Transport in gleiche Richtung

nenne Beispiele für einen Transporter/Carrier

  • Na/Ca-Antiporter
    • transportiert ein Ca-Ionen aus der Zelle und drei Na-Ionen in die Zelle
  • Glucose-Uniporter (GLUT-2)
    • Glucose-Natrium-Symporter
      • Aufnahme von Glucose in die Enterozyten durch Gluc-Na-Symporter
      • Abgabe der Glucose in die extrazelluläre Flüssigkeit durch Gluc-Uniporter

welche Funktion und Eigenschaften haben Membrankanäle

  • schneller Transport von Wasser, spezifischen Ionen und kleinen hydrophilen Moleküle
  • passiver Transport entlang Konzentrationsgradienten oder elektrischen Potentials => thermodynamisch günstig
  • non-gated Kanäle (z.B. Gap Junctions)
    • Kanäle, welche vorwegend geöffnet sind
  • gated Kanäle
    • öffnen sich nur durch ein chemsiches resp. elektrisches Signal

was ist das Membranruhepotential resp. das Aktionspotential?

  • Membranruhepotential
    • "normales" Membranpotential einer lebenden Zelle => ungleiche Verteilung von positiver und negative Ladung auf der Membranaussen-/ innenseite
    • entsteht grösstenteils durch nongated K+-Kanäle (=K-Leck-Kanäle), aber auch Na/K-ATPase
      • K fliesst entlang Konzentartionsgradienten in Extrazellulärraum
        • cytoplasmatische Seite der Membran wird negativer
        • extrazelluläre Seite positiver
  • Aktionspotential
    • kurzzeitige Abweichung des Membranpotentials
    • ermöglicht Erregungsleitung im Nervensystem und Kontartion der Muskeln
    • Alles-oder-Nichts-Gesetz
      • sobald Reiz eine gewisse Schwelle übersteig, wird Aktionspotential ausgelöst, ohne Rücksicht wie intensiv Reiz ist => Aktionspotential ist immer gleichförmig, unabhängig von Reiz-Stärke
    • Grundlage der Reizfortleitung

wie wird ein Aktionspotential aufgebaut?

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  1. Ruhezustand
    1. Na- und K-Kanäle sind geschlossen
  2. Depolarisation
    1. Reiz öffnet einige Na-Kanäle
    2. Einstrom von Na depolarisiert Membran
    3. Falls Schwellenpotential erreicht wird, wird Aktionspotential ausgelöst
  3. Anstiegsphase (Depolarisationsphase) des Aktionspotentials
    1. Depolarisation öffnet die meisten Na-Kanäle; K-Kanäle bleiben geschlossen
    2. Durch Na-Einstrom wird Membran-Innenseite positiv
  4. Abklingphase (Repolarisationsphase) des Aktionspotentials
    1. Na-Kanäle werden inaktiviert => Blockierung Na-Einstrom
    2. K-Kanäle öffnen sich und K strömt aus => Membraninnenseite wird negativ
  5. Nachpotential
    1. aufgrund offenen K-Kanäle hyperpolarisiert Membran üer Ruhepotential hinaus
    2. geschlossene, inaktive Na-Kanäle werden in einen geschlossenen aktivierbaren Zustand versetzt
    3. Wenn K-Kanäle sich schliessen, kehrt Membran in Ruhepotential zurück

nenne die Eigenschaften von spannungsabhängigen Na-Kanäle

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  • monomeres Transmembranprotein (ca. 2000 AS)
  • 4 Transmembrandomäne (I - IV) bestehend aus je 6 alpha-Helices (S1-S6)
  • S4-alpha-Helix vermittelt Spannungsaktivität
  • Inaktivierungssegment liegt auf cytoplasmatischer Seiter zwischen Domäne II und III

beschreibe das Funktionsprinzip der spannungsabhängigen Na-Kanäle

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  1. geschlossenes Stadium
    1. alpha-Helix liegt auf der negativ geladenen cytoplasmatischen Seite => gating-Segment blockiert Kanal
  2. offenes Stadium
    1. Membran wird depolarisiert
    2. Spannungssensitive alpha-Helix wandert Richtung äussere Membran => éffnung des Kanals durch Konformationsänderung
  3. Inaktives Stadium
    1. spannungssensitive alpha-Helix kehrt sofort wieder ins geschlossene Stadium zurück
    2. Inaktivierungssegment verschliesst offenen Kanal => Na-Ionenfluss wird gestoppt
  4. Reoplarisierung
    1. Membran wird repolarisiert => Inaktivierungssegment wird vom Kanal gelöst und Kanal kehrt ins geschlossene Stadium zurück

durch was unterscheidet sich der spannungsabhängige Na-Kanal vom K-Kanal?

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  • K-Kanal besteht aus vier identischen Untereinheiten

wie kommt die Selektivität von Ionenkanälen zustande?

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  • die Selektivität der Ionenkanäle kommt von deren unterschiedlichen Grössen und die Fähigkeit die Hydrathülle des Ions zu entfernen
  • damit Ionen durch Ionenkanäle wandern können, müssen sie davor dehydratisiert werden => aufgrund enger Porendurchmesser
    • Ionen gehen Bindungen (Bindungsenergie) mit Pore von Kanal ein
    • für Dehydratisierung, muss Hydrationsenergie (WW zwischen Ion und Wasser) durch Bindungsenergie ersetzt werden
    • Energiedifferenz (Bindungsenergie - Hydratationsenergie)
    • reicht Bindungsenergie nicht aus, kann Molekül nicht Dehydratisieren und folglich nicht  passieren

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