Solukalvon kerrokset. Solukalvo. Solukalvon kerrostuminen. Solukalvon tehtävät. Solunsisäiset kalvot. Dawson-Danielli-malli

Transkriptio

1 Solukalvon kerrokset Solukalvo Elektronimikroskoopilla solukalvossa erottuu kolme kerrosta Jokaista solua ympäröi solukalvo eli plasmamembraani eli plasmalemma 2 nm 3,5 nm 2 nm elektronitiheä, osmiofiilinen kerros Solukalvon tehtävät 1. rajaa solun yksilöksi 2. säätelee soluun tulevien ja sieltä poistuvien aineiden määrää 3. ylläpitää solun homeostaasia 4. välittää solunulkoisia (ekstrasellulaarisia) viestejä solunsisäisiin (intrasellulaarisiin) toimintoihin Solukalvo on aktiivinen, valikoiva ja energiaa käyttävä Solukalvon kerrostuminen Lipoproteiini asettuu veden pinnalle siten, että hydrofobinen pää on ulospäin Sandwich-mallissa hydrofobiset osat ovat vastakkain, fosfolipidikerros Solunsisäiset kalvot Dawson-Danielli-malli 1. jakavat solun sisällön soluorganelleiksi 2. toimivat aktiivisesti 3. ylläpitävät kullekin organellille ominaista homeostaasia 4. ympäröivät mm. tumaa, mitokondrioita, kloroplasteja, lysosomeja, peroksisomeja, endoplasmakalvostoa sekä Golgin laitteen rakkuloita ja levyjä solukalvon paksuus on 0,01 µm Protein Hydrophilic zone Hydrophobic zone Hydrophilic zone Esitettiin v. 1935, laajasti hyväksyttiin aina vuoteen 1970 saakka sandwich-malli fosfolipidikaksoiskerros kahden proteiinikerroksen välissä perifeeriset proteiinit uivat pinnalla 1

2 Nestemäinen mosaiikkimalli Phospolipid bilayer Nykyisin hyväksytty, yksinkertaistettu malli Proteiinit hajaantuneet ja uponneina nestemäisessä tilassa olevaan fosfolipidikaksoiskerrokseen Integraaliproteiinit lävistävät solukalvon Fosfolipidit juoksevia Kolesteroli jäykistää Kalvoproteiinit ajelehtivat Mouse cell Membrane proteins Solukalvon proteiinit entsyymejä pumppuja reseptoreita kytkeytyneenä soluväliaineeseen antigeenejä Human cell 1. Membrane proteins labelled with fluorscent antibodies 2. Hybrid cell produced by virus-induced fusion 3. Proteins begin to mix in a few minutes 4. Proteins completely mixed after 40 minutes Lipidipitoisuuksia solussa Solukalvon epäsymmetria Lipidi (%) Plasmamembraani Maksasolu Punasolu Kolesteroli Fosfolipidit Glykolipidit 7 3 Myeliini Mitokondrion kotelo ER glykolipidejä vain ulkopinnalla fosfolipidit jak. epäsymmetrisesti proteiinien hiilihydraattiosat aina ulospäin - solujen tunnistus - antigeenit - alkionkehitys Muut

3 Fosfolipidit Sterolit PHOSPHOLIPIDS Phosohatidylcholine (shown) Phosphatidylethanolamine Phosphatidylserine Phosphatidylthreonine Phosphatidylinositol Phosphatidylglycerol Diphosphatidylglecerol (cadiolipin) STEROLS Cholesterol (shown) Campesterol Sitosterol Stigmasterol Sfingomyeliini Eläinsolun solukalvon rakenne (yksityiskohtainen) Fibers of extracellular matrix(ecm) te Carbohydrate EXTRA- ULAR FLUID Glycoprotein Sphingomyelin (a sphingolipid) Glycolipid Filaments of cytoskeleton Cholesterol Peripheripal protein Integral protein Glykolipidit Aineiden kulkeutuminen solukalvon läpi Glycolipids Cerebrosides (galctocerebroside shown) Gangliosides läpäisevyys eli permeabiliteetti rasvaliukoiset läpäisevät helposti vesiliukoiset molekyylit tarvitsevat kuljetusmekanism in: 1. kantajaproteiinit siirtävät sokereita ja aminohappoja gradientin suuntaan (ei tarvitse energiaa) 2. ionipumput esim. Na + /K + ATPaasi 3

4 Diffuusio 3 Ionikanavat EQUILIBRIUM Diffuusio 1 Diffuusio 4 Molecules of dye Membrane Diffusion of one solute Diffusion of two solutes WATER Diffuusio 2 Diffuusio 5 4

5 out 3 Na + ATPaasi Diffuusio 6 Na + /K + ATPaasi ATPaasit pumppaavat ioneja niiden konsentraatiogradienttia vastaan kuluu energiaa solukalvo ATP in 2 K + ADP + P EQUILIBRIUM Aktiiviset kuljetusmekanismit 1 Na-K-ATPaasi 1 Initial state: pump open to inside OF 3 Na + are taken from inside Facilitated diffusion Aktiiviset kuljetusmekanismit 2 Na + /K + ATPaasi 2 OF Oligosaccharides Esim. mahan limakalvo pumppaa H + gradientti 1: (10 6 ) ph solussa 7, ulkopuolella 1-2 OF Binding site for ATP 5

6 Na-K-ATPaasi 3 Kuljetusmekanismit, yhteenveto OF ATP phosphorylates α subunits Lipofiiliset aineet, esim. melatoniini Pump open to outside, ready to start second half of cycle A conformational change following phosphorylation expels 3 Na + to outside Diffusion through lipid bilayer Facilitated diffusion Passive transport Active transport Na-K-ATPaasi 3 Protonipumppu 1 5. Dephosphorylation triggers conformational change EXTRAULAR FLUID 4. Two K + accepted from outside CYTOPLASM Aktiivinen kuljetusmekanismi Protonipumppu 2 Diffusion of H + Na/K-pumpun toiminta konsentraatiogradienttia vastaan Sucrose 6

7 Ionikanavat solukalvoissa kaliumkanavia ja kloridikanavia jos molemmat kiinni: V = 0 mv jos K-kanava auki ja Cl-kanava kiinni: V = -58 mv jos molemmat kanavat auki: V = 0 mv Nernstin kaava: E(mV) = 58 log(c out /C in ) 2. Depolarizing phase Activation gate Depolarisaatio ja ionikanavat Toiminta hermoimpulssin aikana ennen depolarisaatiota kanavat kiinni, jännite solun sisällä negat. V=-70 mv Na-kanava aukeaa hieman Na + virtaa sisään depolarisaatio Na-kanava sulkeutuu ja K- kanava avautuu K + virtaa ulos depolarisaatio jatkuu potentiaali lepotasolle 70 mv Na- ja K-kanavat kiinni 3. Repolarizing phase Inactivation gate Potassium channel PLASMA MEMBRANE 1. Resting state Sodium channel 4. Undershoot 7

8 Aktiopotentiaali 5 Patch clamp -tekniikka 1 Glass pipette Region of depolarization Membrane Ion channel Aktiopotentiaali 6 Patch clamp -tekniikka 2 Inactivated Na + channels Movement of action potential Ionikanavat 2 Patch clamp -tekniikka 3 monet myrkyt sitoutuvat hermon toiminnan kannalta tärkeisiin proteiineihin, kuten: tetrodotoksiini (eristetty japanilaisesta fugukalasta) salpaa Nakanavan yksittäisen ionikanavan toimintaa voidaan tutkia patch clamp tekniikalla, jossa solukalvo imetään mikropipetin sisään 8

9 Miten hermosolut kommunikoivat toistensa kanssa? aktiopotentiaalin kulku aksonia pitkin myelinisoitu hermo sähköinen synapsi Ca-kanava presynaptisella puolella ligandi= molekyyli, joka spesifisesti sitoutuu toiseen molekyyliin neurotransmitteri voi tuottaa ekskitatorisen (Nakanava + neurotransmitteri) tai inhibitorisen (Clkanava + neurotransmtteri) vaikutuksen postsynaptiseen neuroniin Dendrites of postsynaptic neuron Myelin sheath Axon Axon of hillock postsynaptic neuron Synaptic terminals of presynaptic neurons Cell body of postsynaptic neuron Terminal branches of presynaptic neurons Miten hermosolut... yleisin inhibitorinen neurotransmitteri γ aminovoihappo (GABA) neurotransmitterin vapautuminen on riippuvainen ainakin neljästä proteiinista Cell body of postsynaptic cell Synaptic terminals of presynaptic neurons GABA-erginen neuroni GABA or glycine Cl - GABA or glycine Action potential Presynaptic cell GABA or gylicine receptor Ca 2+ 9