Membránový transport

Ahoj! Nevšiml jsem si vás! Jak dlouho čekáte v téhle frontě? Já jsem tu asi 15 minut a je tady hrozná zima. Jako, co musí člověk udělat, aby se dostal dovnitř? No, mezitím, co tu čekáme, můžeme pokračovat v naší debatě o buňkách, protože buňky, stejně jako kluby, jsou výběrově propustné. Mohou fungovat pouze tehdy, pokud dovnitř pustí věci, které potřebují a vykopnou věci, které nepořebují, jako třeba odpad, ožraly a fanoušky Justina Biebera. Nezáleží o jakou věc se jedná, všichni musí projít přes membránu buňky. Některé látky mohou vstupovat do buňky lehce a nepotřebují příliš pomoci, třeba voda a kyslík, ale spousta věcí potřebných pro buňku, třeba cukr a ostatní živiny, signální molekuly nebo steroidy se nemohou dostat dovnitř nebo by jim to dlouho trvalo. Můžu potvrdit. Membránový transport Dnes budeme mluvit o tom, jak se pohybují látky skrz buněčné membrány, cože se děje neustále, právě teď ve mě a také ve vás. Tento děj je životně důležitý pro veškerý život, protože nejde jen o to, jak buňka získá to, co potřebuje a vyhodí to, co nechce. Jde také o způsob, jakým mezi sebou buňky komunikují. Různé materiály mají různé způsoby jak se dostat přes membránu a ty se dělí na 2 kategorie. Máme buď aktivní transport nebo pasivní transport. Pasivní transport nevyžaduje žádnou energii, což je skvělé, protože toho můžou využít důležité molekuly, jako je voda a kyslík, a dostat se do buňky velmi lehce. Tento děj probíhá na základě difuze. Představme si, že jsem konečně na tom koncertu a jsem tam se svým bratrem Johnem. Někteří z vás znáte mého bratra Johna, já ho mám velice rád, ale on, no, není zrovna společenský typ. Tedy, má rád lidi, ale nemá rád davy, být součástí davu, mačkat se s okolními lidmi, kteří na něj dýchají, omylem se ho dotýkají a tak. Protože je John se mnou, bavíme se se všemi našimi přáteli poblíž podia, ale on se najednou začne oddalovat víc a víc od podia, aby mu banda hipstrů přestala okupovat jeho osobní prostor. A to je je vlastně podstata difuze. Pokud by všichni v klubu byly John Green, snažili by se získat co největší možný odstup mezi sebou dokud by nebyla hmota Johnů v celé klubu rovnoměrně rozložena. Když je někde plno kyslíku, hledá kyslík místo, kde je ho méně a přesouvá se do těchto míst. Pokud je někde spousta vody, udělá stejnou věc. Přesune se tam, kde je vody méně. Pokud prochází přes membránu voda, jedná se o difuzi, která se nazývá osmóza. To je způsob, jak vaše buňky regulují svůj obsah vody. Toto neplatí jen pro vodu samotnou, která je, jak jsme si již říkali, nejlepším rozpouštědlem na Zemi, více se o vodě můžete dozvědět v našem díle zabývajícím se vodou. Stejně dobře to funguje i pro vodu, která obsahuje ve vodě rozpustné látky nebo roztoky, jako jsou slaná voda nebo sladké roztoky nebo kořalka, což je vlastně roztok ethanolu a vody. Pokud je koncentrace roztoku vyšší uvnitř buňky než je mimo buňku, pak je roztok hypertonický. A pokud je koncentrace uvnitř buňky nižší než je koncentrace mimo buňku, roztok se nazývá hypotonický. Což je tak trochu smutnější verze hypertonického roztoku. Takže, stejně jako nechceme šíleného a bláznivého Charlieho Sheena, tak taky nechceme strašně smutného a depresivního Charlieho. Prostě chceme toho tak akorát Charlieho, který nás dokáže rozesmát a udělat šťastnými. A to je přesně ten stav, kterého se voda stále snaží dosáhnout. Takový stav se nazývá isotonický, koncentrace jsou v něm stejné na obou stranách, uvnitř i vně. A to funguje i v běžném životě, můžeme si to ukázat. Tato nádoba je plná čisté vody a taky tu máme obal od párku, který je vyroben z celulózy, a v něm máme slanou vodu. Tu jsme obarvili, takže můžete vidět, jak se roztok pohybuje skrz obal, který se chová stejně jako naše membrána. Časosběrné záběry ukazují, jak během několika hodin, slaná voda difunduje do čisté vody. Bude difundovat stále do té doby, než bude koncentrace soli ve vodě stejná uvnitř i vně membrány. Když toto dělá voda s cílem stát se isotonickým roztokem, nazýváme tento děj pohybem ve směru koncentračního gradientu. Většina mých buněk se teď koupe v roztoku, který má stejnou koncentraci jako mají buňky uvnitř a to je důležité. Například, pokud vezmete jednu moji červenou krvinku a dáte ji do skleničky s čistou vodou, bude to tak hypertonické prostředí, to množství věcí uvnitř buňky oproti tomu, kolik toho je vně, povede k tomu, že voda se nahrne do červené krvinky a ta v důsledku toho doslova exploduje. No, a to nechceme. Ale pokud by koncentrace mojí krevní plasmy byla příliš vysoká všechna voda by opustila mojí krvinku, ta by se scvrkla a byla by k ničemu. A to je důvod proč vaše ledviny neustále pracují na regulaci koncentrace vaší krevní plasmy, aby ji udržely isotonickou. Voda tedy může procházet buněčnou membránou bez pomoci, ale není to zase až tak jednoduché. V minulém díle jsme si říkali, že buněčné membrány jsou tvořeny fosfolipidy; a fosfolipidová dvojvrstva je hydrofilní, nebo-li vodomilná zvenku a hydrofobní, nebo-li vodunesnášející uvnitř. Takže voda se těžko dostává přes tyto vrstvy, protože se zasekne v nepolárním hydrofobním jádře. A právě tady vstupují do hry membránové proteiny. Umožňují průchod věcí jako je voda a ionty bez užití energie. Tvoří kanál skrz membránu a uvnitř jsou kanály hydrofilní, což protáhne vodu skrz kanál. Proteiny, které jsou specializované na transport vody, jsou akvaporiny. Skrz každý mohou projít 3 miliardy molekul vody za sekundu. Chce se mi čůrat už jen z toho, že na to pomyslím. Látky jako jsou kyslík a voda, které buňka potřebuje neustále, se mohou do buňky dostat aniž by byla potřeba dodat energii. Většina chemických látek ale musí využívat aktivní transport. Ten je obzvlášť užitečný pokud chcete přesunout něco proti koncentračnímu spádu - tedy z nižší koncentrace do místa s koncentrací vyšší. Tak, jsme zpátky na našem koncertu a já jsem stále s Johnem, který se pořád straní společnosti, ale po pivu a půl a hádce o tom, kdo je nejlepším Doktorem Who, se chci vrátit ke svým přátelům skrz celý nacpaný bar. Transportuji se tedy proti koncentračnímu spádu lidí, musím vynaložit spoustu energie na vyhýbání se ušlapání a prodírání se davem. Což je vysokoenergetický transport. V buňce se k získání energie, která je potřebná téměř ke všemu, což zahrnuje i pohyb molekul špatným směrem proti jejich koncentračnímu gradientu, využívá ATP. ATP, adenosintrifosfát. Měli byste si to přeříkat tolikrát, dokud vám to nezamotá jazyk, protože se jedná o jednu z nejdůležitějších sloučenin o které jste kdy slyšeli. Adenosintrifosfát. ATP. Pokud by naše těla byla Amerika, pak by ATP představoval kreditky. Jedná se o velmi důležitou formu informačního platidla, takže mu bude věnován celý jeden díl, který tu také najdete. Nu, trochu jsem se netrefil, ale bude tady, až ho uděláme. Pro teď potřebujete vědět toto. Když buňka vyžaduje aktivní transport, musí zjednodušeně zaplatit poplatek, transportnímu proteinu ve formě ATP. Obzvlášť důležitým druhem transportního proteinu sodno-draselná pumpa. Má je většina buňek, ale nejdůležitější jsou v buňkách, které potřebují hodně energie - svalové buňky a mozkové buňky. Biolohistorie Áá! Biolohistorie, moje neoblíbenější část pořadu! Sodno-draselná pumpa byla objevena v padesátých letech 20. stol. dánským lékařem, který se jmenoval Jens Christian Skou, a studoval účinky anestetik na membrány. Všiml si, že v buněčné membráně je protein, který může pumpovat sodík z buňky. Toto pozoroval na nervech krabů, protože krabí nervy jsou obrovské v porovnání s lidskými, také se snáze pitvají a zkoumají. Ale protože krabi jsou malí, potřeboval jich velké množství. Domluvil se tedy s místním rybářem a během let prostudoval téměř 25 000 krabů, přičemž každého z nich musel uvařit, aby mohl studovat jejich nervová vlákna. Své poznatky ohledně sodno-draselné pumpy publikoval v roce 1957 a mezitím se stal známým kvůli výraznému pachu, který plnil chodby fyziologického ústavu univerzity, na které pracoval. 40 let po tomto objevu dostal Sku Nobelovu cenu v oblasti chemie. A tady je to, co zjistil. Ukázalo se, že tyto pumpy pracují proti 2 gradientům zároveň ve stejný čas. Prvním je koncentrační gradient a druhým je elektrochemický gradient. To je rozdíl mezi nábojem na obou stranách membrány. Buňky, jako třeba nervové buňky v našem mozku, mají negativní náboj uvnitř vzhledem k vnějšku. Mají také nízkou koncentraci sodíkových iontů uvnitř. Pumpa tedy pracuje proti oběma těmto stavům, sebere 3 pozitivně nabité sodíkové ionty a vytlačí je do pozitivně nabitého, na sodíkové ionty bohatého prostředí. Aby toto proteinová pumpa mohla udělat, musí získat energii rozštěpením ATP. ATP, adenosintrifosfát, adenosinová molekula s navázanými třemi fosfátovými skupinami Když se ATP napojí na proteinovou pumpu a enzym rozštěpí kovalentní vazbu mezi jedním z fosfátů, která je nabitá energií. Odštěpení fosfátu uvolní dostatek energie potřebný ke změně tvaru pumpy, ta se se otevře směrem ven a uvolní 3 sodíkové ionty. Do tohoto nového tvaru dobře zapadnou i draselné ionty, které jsou mimo buňku, takže 2 z nich pumpa pustí dovnitř. Nakonec dostanete nervovou buňku, která je nabitá. Venku se nachází sodíkové ionty toužící po tom dostat se do buňky a když něco spustí nervovou buňku, dostanou se všechny dovnitř. A toto dodává nervové buňce spoustu elektrochemické energie, kterou potom použijeme k tomu, abychom mohli cítit, dotýkat se, přivonět si, ochutnat nebo mýt myšlenku. Je tu ještě jeden způsob, jak se mohou látky do buňky dostat. Taky vyžaduje energii, je to tedy také aktivní transport. Nazývá se vezikulární transport, probíhá pomocí vezikulů, což jsou malé váčky tvořené fosfolipidy, stejnými jako jsou v membráně. Tento typ aktivního transportu se také nazývá cytóza, slovo řeckého původu. Když vezikuly transportují materiál z buňky ven nazývá se děj exocytóza. Skvělým příkladem je něco, co se děje ve vašem mozku právě teď. Vaše nervové buňky uvolňují neurotransmitery. Určitě jste slyšeli o neurotransmiterech, jsou velice důležité, pomáhají vám mít různé pocity; jsou jako dopamin a serotonin. Poté, co jsou neurotransmitery syntetizovány a zabaleny do vezikulů, jsou transportovány směrem k buněčné membráně. Po dosažení membrány se dvojvrstva přestaví taky, aby mohlo dojít ke splynutí a neurotransmiter se uvolní a v tu chvíli vím, kde jsem nechal svoje klíče! Teď si přehrajeme tenhle proces pozpátku a uvidíte jak se materiál dostává do buňky a to je endocytóza. Jsou tři různé způsoby, jak k tomu může dojít. Moje nejoblíbenější je fagocytóza. Její krása začíná v tom, že jméno tohoto děje samo o sobě znamená "buněčné požírání". Sledujte. Takže, takhle částice taky venku je nějaký typ nebezpečné bakterie ve vašem těle a tohle je bílá krvinka. Chemické receptory na krvince zaznamenají tohoto vetřelce a přichytí se k němu. Vlastně se rozprostře kolem a pohltí ho. Poté membrána vytvoří vezikul, který uchová v buňce, kde dojde k totálnímu zničení obsahu pomocí enzymů a jiných cool zbraní. Pinocytóza, buněčné pití, je velice podobná fagycytóze, ovšem místo obklopování pevných částic, pohlcuje částice, které jsou již rozpuštěny. Membrána se trochu zahne, aby vytvořila kanálek, a poté se odštípne a vytvoří vezikul, který obsahuje tekutinu. Většina vašich buněk to dělá právě teď, protože toto je způsob, jak naše buňky vstřebávají živiny. Ale co když buňka potřebuje něco, co se vyskytuje v pouze malých koncentracích? To je chvíle, kdy buňka použije skupinku specializovaných bílkovinných receptorů v membráně, které vytvoří vezikul, když se receptor spojí s molekulou která je žádaná. Například, vaše buňky mají specializované cholesterolové receptory, které vám umožňují absorbovat cholesterol. Pokud tyto receptory nefungují, což se může kvůli genetické chybě stát, cholesterol volně pluje ve vaší krvi a může způsobit infarkt. A to je jeden z důvodů, proč si cenit receptorů umožňujících endocytózu.