Biochemie 2
Membranpumpen, Transporter und Membrankanäle
Membranpumpen, Transporter und Membrankanäle
Unterschied zwischen Kanälen, Pumpen und Transportern
Kanäle: passiv entlang conc-Gradient, sehr selektiv
Pumpen: Stofftransport entgegen Konzentrationsgradienten, braucht Energie (ATP)-> aktiver Transport
Transporter/Carrier: Uniporter: entlang conc-gradient
Symporter & antiporter: thermodynamisch ungünstig mit günstiger gekoppelt (gegen und entlang conc gradient)
Regulation der Calcium-Konz. in Zelle in (Ca2+ ATPase Muskelzellen)
Ca2+ ATPase allgemein (Mechansismus)
Eukaryontische Zellen haben eine sehr niedrige Ca2+-Konzentration im
Cytosol (10-7 M) im Gegensatz zum endoplasmatischem Retikulum (10-2 M) und dem
extrazellulären Raum (10-3M)
Ionentransport der Na+-K+-Pumpe und Funktionsweise
Alpha-Untereinheiten wichtig für den Transport. Besitzt Bindungsstelle für ATP (N-Domäne), Phosphorylierungsstelle (P-Domäne, mitte unten) und A- Domäne, welche Transmembrandomänen miteinander verbindet
Beta-Untereinheit: ist notwendig für Proteinfaltung, hat aber keine
Funktion beim Ionentransport
Membrankanäle allgemein
3. Membrankanäle
schneller Transport von Wasser, spezifischen Ionen und kleinen hydrophile Molekülen
passiv entlang eines Konzentrationsgradienten oder elektrischen Potentials
Membrankanäle bilden einen hydrophilen Kanal über die Membran
Kanäle, die vorwiegend geöffnet sind nennt man nongated (gate=Tor) Kanäle (z.B. Gap Junctions)
Aber die meisten Ionenkanäle öffnen sich allerdings nur durch ein chemisches (z.B. Ligand) oder eine elektrisches Signal. Diese Kanäle bezeichnet man als gated .
sehr selektiv auf den Typ des Moleküls, welches transportiert wird z. B. Na+ und K+ Kanal.
Membranruhepotential und Aktionspotential
Ruhepotential:
Tierische Zellen haben natürlicherweise eine unterschiedliche Ladung innerhalb und Ausserhalb der Membran. (-60 bis -90 mV)
Aktionspotential (-60 bis +30mV)
-Bestehend aus nongated- Kaliumkanälen ( K-Leck-Kanäle ) Nongated, weil nicht durch Ligand ausgelöst
-Natriumkanal während depolimerisationsphase in inaktivem Zustand, durch verschliessung der Poren mit Inaktivierungstor
- 5. Refraktärzeit (= Zeit bis ein Zelle wieder erregbar ist), Na + und K + werden aus der Zelle gepumpt: Das Ruhepotential wird unterschritten, weil zu viel Na+ und K+ nach aussen gepumpt werden
Aufbau und Öffnungsmechanismus des Na+ Kanals (Zeichnung)
Aufbau:
ca. 2000 AS/ 4 Transmembrandomänen (formen Porenform, durch welches Na+ fliesst)
1. Im geschlossenen Zustand spannungsensitive Alpha Helix (pos. Ladung an jedem 3. Seitenrest) auf neg. geladner Seite (Cytosol). Gating Element blockiert Kanal. Keine Einströmung von Na+ in Zelle.
2. Kleine depolarisation der Membran --> Alpha Helix nach aussen--> Konformationsänderung im gating Segment --> Kanal offen
3. Alpha Helix kehrt wieder in geschl. Zustand zurück--> Inaktivierungssegment schliesst Kanal und Einströmung von Na+ stoppt
4. . Sobald die Membran repolarisiert wird das Inaktivierungssegment vom Kanal gelöst und der Ionenkanal kehrt wieder in sein geschlossenes, aber aktivierbares Stadium zurück.
Aufbau und Öffnungsmechanismus des K+ Kanals
Aufbau homolog zum Na+ Kanal
Nongated K-Kanals besteht aus Tetramer (4 identischen Untereinheiten, je ca. 600 AS)
Funktionsweise ähnlich wie Na+ Kanal
Selektivität von Membrankanälen
-Ionen besitzen in wässriger Lösung Hydrathülle
-Hydratisierte Ionen gelangen so nicht durch Poren des Ionenkanals, weil Durchmesser an engsten Stelle nur wenig grösse als zu transportierendes Ion. Voraussetzung von Ionenfluss ist dehydration
-Interaktion des Ions in der Poren mit Carbonylsauerstoff des P-Segements
-Für erfolgreiche Dehydratisierung muss Hydratiosationsenergie durch Bindungsenergie in Pore ersetzt werden.
Für Dehydratisation muss Bindungsenergie grösser sein als Hydratisationsenergie!
-K+ Kanal zu gross für Na+ Kanal, kann nicht interagieren mit Carb.. des P-Segement
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Unterschied zwischen Kanälen, Pumpen und Transportern
Kanäle: passiv entlang conc-Gradient, sehr selektiv
Pumpen: Stofftransport entgegen Konzentrationsgradienten, braucht Energie (ATP)-> aktiver Transport
Transporter/Carrier: Uniporter: entlang conc-gradient
Symporter & antiporter: thermodynamisch ungünstig mit günstiger gekoppelt (gegen und entlang conc gradient)
Regulation der Calcium-Konz. in Zelle in (Ca2+ ATPase Muskelzellen)
Ca2+ ATPase allgemein (Mechansismus)
Eukaryontische Zellen haben eine sehr niedrige Ca2+-Konzentration im
Cytosol (10-7 M) im Gegensatz zum endoplasmatischem Retikulum (10-2 M) und dem
extrazellulären Raum (10-3M)
Ionentransport der Na+-K+-Pumpe und Funktionsweise
Alpha-Untereinheiten wichtig für den Transport. Besitzt Bindungsstelle für ATP (N-Domäne), Phosphorylierungsstelle (P-Domäne, mitte unten) und A- Domäne, welche Transmembrandomänen miteinander verbindet
Beta-Untereinheit: ist notwendig für Proteinfaltung, hat aber keine
Funktion beim Ionentransport
Membrankanäle allgemein
3. Membrankanäle
schneller Transport von Wasser, spezifischen Ionen und kleinen hydrophile Molekülen
passiv entlang eines Konzentrationsgradienten oder elektrischen Potentials
Membrankanäle bilden einen hydrophilen Kanal über die Membran
Kanäle, die vorwiegend geöffnet sind nennt man nongated (gate=Tor) Kanäle (z.B. Gap Junctions)
Aber die meisten Ionenkanäle öffnen sich allerdings nur durch ein chemisches (z.B. Ligand) oder eine elektrisches Signal. Diese Kanäle bezeichnet man als gated .
sehr selektiv auf den Typ des Moleküls, welches transportiert wird z. B. Na+ und K+ Kanal.
Membranruhepotential und Aktionspotential
Ruhepotential:
Tierische Zellen haben natürlicherweise eine unterschiedliche Ladung innerhalb und Ausserhalb der Membran. (-60 bis -90 mV)
Aktionspotential (-60 bis +30mV)
-Bestehend aus nongated- Kaliumkanälen ( K-Leck-Kanäle ) Nongated, weil nicht durch Ligand ausgelöst
-Natriumkanal während depolimerisationsphase in inaktivem Zustand, durch verschliessung der Poren mit Inaktivierungstor
- 5. Refraktärzeit (= Zeit bis ein Zelle wieder erregbar ist), Na + und K + werden aus der Zelle gepumpt: Das Ruhepotential wird unterschritten, weil zu viel Na+ und K+ nach aussen gepumpt werden
Aufbau und Öffnungsmechanismus des Na+ Kanals (Zeichnung)
Aufbau:
ca. 2000 AS/ 4 Transmembrandomänen (formen Porenform, durch welches Na+ fliesst)
1. Im geschlossenen Zustand spannungsensitive Alpha Helix (pos. Ladung an jedem 3. Seitenrest) auf neg. geladner Seite (Cytosol). Gating Element blockiert Kanal. Keine Einströmung von Na+ in Zelle.
2. Kleine depolarisation der Membran --> Alpha Helix nach aussen--> Konformationsänderung im gating Segment --> Kanal offen
3. Alpha Helix kehrt wieder in geschl. Zustand zurück--> Inaktivierungssegment schliesst Kanal und Einströmung von Na+ stoppt
4. . Sobald die Membran repolarisiert wird das Inaktivierungssegment vom Kanal gelöst und der Ionenkanal kehrt wieder in sein geschlossenes, aber aktivierbares Stadium zurück.
Aufbau und Öffnungsmechanismus des K+ Kanals
Aufbau homolog zum Na+ Kanal
Nongated K-Kanals besteht aus Tetramer (4 identischen Untereinheiten, je ca. 600 AS)
Funktionsweise ähnlich wie Na+ Kanal
Selektivität von Membrankanälen
-Ionen besitzen in wässriger Lösung Hydrathülle
-Hydratisierte Ionen gelangen so nicht durch Poren des Ionenkanals, weil Durchmesser an engsten Stelle nur wenig grösse als zu transportierendes Ion. Voraussetzung von Ionenfluss ist dehydration
-Interaktion des Ions in der Poren mit Carbonylsauerstoff des P-Segements
-Für erfolgreiche Dehydratisierung muss Hydratiosationsenergie durch Bindungsenergie in Pore ersetzt werden.
Für Dehydratisation muss Bindungsenergie grösser sein als Hydratisationsenergie!
-K+ Kanal zu gross für Na+ Kanal, kann nicht interagieren mit Carb.. des P-Segement
