Transcript Introduction to Physiology: The Cell and General Physiology

SECTION
III
Cell Biology, 2e
Thomas D. Pollard
William C. Earnshaw
with Jennifer Lippincott-Schwartz
Chapter 8
Membrane Pumps
Illustrations by Graham Johnson
José A. Cardé-Serrano, PhD
Biol 4018 – Celular Molecular
Universidad de Puerto Rico –
Aguadilla
Copyright 2008 by Saunders/Elsevier. All rights reserved.
Objetivos
• Al finalizar el estudiante podrá:
– Definir lo que es una proteína membranal tipo bomba.
– Conocer las propiedades básicas de esta proteína
que le permiten realizar su labor.
– Mencionar y explicar la diversidad de bombas
membranales.
– Comparar y contrastar los diversos tipos de bombas
membranales.
Three classes of membrane transport proteins
Controlan el tráfico en la membrana
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Fig. 8-1
Bombas Membranales
•
•
•
•
Son enzimas
Transportadores activos primarios
En contra de gradientes
Utilizan energía
– ATP, luz y otras fuentes
• Transportan iones
– Cationes preferencialmente
• Crean gradientes entre compartimientos membranales
Cellular processes driven by energy stored in ion
gradients across membranes
Fig. 8-2
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Diversity of membrane pumps
Energy
Pump
Substrate Distribution
Light
Bacteriorhodopsin
H+
Halobacteria
Light
Photoredox
H+
Photosynthetic org.
Redox potential
Electron transport chain H+
NADH oxidase
Mitochondria, bacteria
Decarboxylation Ion-transporting
decarboxylases
Na+
Bacteria
Pyrophosphate
H+-pyrophosphatases
H+
Plants, fungi, bacteria
ATP
Transport ATPases
Various ions
Universal
& solutes
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Bacteriorhodopsin: light driven H+ pump
Fig. 8-3
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Mecanismo:
1.Retinal trans – Base Schiff-H+
– Lys216
Asp85 a Glu204
H+ citoplásmicos se unen Asp96
Glu 204 al exterior
Absorción de Fotón
Asp96 se reorienta
hacia la base Schiff y
le
transfiere H+
Rentinal se Isomeriza a cis
Asp96 re H+ desde
el citoplasma
H+ pasa de Base Shiff a Asp85
Retinal vuelve a trans
Bombas activadas por ATP
ATPasas
F0F1
Tipo P
Transportadores
ABC
Tipo F
Tipo V
Tabla 8-2 Asignada
ATPasas: F0F1
• Se subdividen en: Tipo F y Tipo V
• Tipo F
–
–
–
–
–
Se encuentran en eubacterias.
Mitocondrias.
Cloroplastos
Membranas
Utilizan gradientes de protones generados por otras
proteínas para sintetizar ATP.
– También pueden crear gradientes
ATPasas: F0F1
• Consisten de dos subunidades
– F0
• Hidrofóbica
• Conduce protones a través de la membrana
citoplasmática de forma pasiva
– F1
• Globular
• Hidrofílica
• Cataliza la síntesis o hidrólisis de ATP
Comparison of F-type ATP synthase and V-type ATPase
Fig. 8-5
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ATPasas: F0F1
• Tipo V
– También conocidas como tipo V0V1
– Se encuentran en el sistema de vacuolas de los
organismos eucarióticos.
• Transportan protones hacia dentro de los
organulos.
– Arqueas
• Transportan protones fuera de la bacteria.
ATPasas: Tipo V
• Se encuentran en vacuolas acídicas.
• Dos funciones
– Acidifican los compartimientos en donde se
encuentran.
– Crean gradientes de protones a través de la
membrana, proveyendo la energía para transportar
los protones.
ATPasas: Tipo V
• Arquitectura es similar al tipo F
• Diferencias
– En eucariotas, transportan exclusivamente H+.
– Complejo V1 no posee actividad de síntesis de ATP.
– Complejo V0 solo, no transporta H+.
Comparison of F-type ATP synthase and V-type ATPase
Fig. 8-5
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F-type family of transport ATPases
Pump Distribution
Substrate
Functions
F0F1
Bacteria
H+
ATP synthesis or
Chloroplast
(rarely Na+)
ATP driven H+ pumping
Archaea, eukaryotic
H+
ATP driven H+ pumping
endomembranes &
(rarely Na+)
(rarely Na+ pumping)
Mitochondria
V0V1
plasma membranes
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Mechanism of ATP synthesis by F1-ATP synthase
Rotate
cam 120o
Fig. 8-6
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Subcellular distribution of F-type and V-type ATPases
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Fig. 1.2
Three families of transport ATPases
Class Distribution
F-type
V-type
Substrate
Functions
Bacteria, chloroplast H+
ATP synthesis or
mitochondria
ATP driven H+ pumping
Archaea, eukaryotic H+
ATP driven H+ pumping
membranes
P-type
Plasma memb, ER
Na, K, Ca
Cation pumping
ABC
Plasma membrane
Various
Solute transport
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P-type ATPase: Ca2+ of the endoplasmic reticulum
SERCA1
Fig. 8-7
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Mechanism of the P-type Ca-pump
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Fig. 8-8
Transportadores ABC
•
•
•
•
Grupo más grande y diverso de ATPasas.
Distribución universal.
Un transportador por sustrato.
Pueden especializarse como canales ionicos.
– CFTR, Cl-
• Pueden funcionar como moléculas reguladoras
• Diseño modular
ABC Transporters
Pump
Distribution
Substrate
Functions
MDR1
Plasma membrane
Organics, drugs
Drug secretion
MDR2
Liver plasma membrane
Phosphatidylcholine Flippase
CFTR
Respiratory, pancreas PM ATP, Cl-
Cl- secretion
TAP1, 2
ER
Antigenic peptides
ER/cytoplasm transport
HisQMP
Bacterial PM
Histidine
Histidine uptake
PstSCAB
Bacterial PM
Phosphate
Phosphate uptake
Oligopeptides
Peptide uptake
OppDFBCA Bacterial PM
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Transportadores ABC
• Diseño modular
• 6 cadenas alfa hélice que expanden la
membrana.
• Dominio que se une al ATP en el citoplasma.
• Poseen “ Walker motif”
– GXXGXGKS/T
• P loop
– Une al ATP
ABC transporters: variations on a common theme
Vitamin B12
transporter
BtuC BtuD
Figs. 8-9 and 8-10
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Multiple drug resistance of human tumors from
over expression of MDR ABC transporter
Fig. 8-11
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Three families of transport ATPases
Class Distribution
F-type
V-type
Substrate
Functions
Bacteria, chloroplast H+
ATP synthesis or
mitochondria
ATP driven H+ pumping
Archaea, eukaryotic H+
ATP driven H+ pumping
membranes
P-type
Plasma memb, ER
Na, K, Ca
Cation pumping
ABC
Plasma membrane
Various
Solute transport
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