Membránový transport, membránové proteiny. Metody studia jejich struktury a funkce. Kanály, transportéry, antiport, symport, aktivní transport. Význačné rodiny membránových transportních proteinů a blíže rozebrané konkrétní příklady. Dosud známé mechanismy membránového transportu.

Membrane transport, membrane transport proteins. Methods of the study of their structure and function. Channels, transporters, antiport, symport, active transport. Important families of membrane transport proteins, focus on several examples. Known mechanisms of the membrane transport.

Cílem předmětu je prohloubení znalostí o membránovém transportu, membránových transportních proteinech a o metodách jejich studia.

Study of membrane transport, membrane transport proteins and relevant experimental methods.

Knihy, skripta:

• Kotyk A., Janáček K. and Koryta J. (1988) Biophysical Chemistry of Membrane Function (Chichester: Wiley)

• Yeagle, P.L. (2004) The Structure of Biological Membranes (CRC)

• Nicholls, D.G, S. J. (2002) Bioenergetics 3 (Academic press)

• Tamm, L.K. (2005) Protein-lipid interactions: From membrane domains to cellular networks (Wiley-Vch Verlag), Weinheim, Germany

• White, S.H. (1994) Membrane protein structure: Experimental approaches (Oxford University press)

• Van Winkle, L.J. (1995) Biomembrane Transport (Academic press)

• Hille,B. (2001) Ion channels of excitable membranes (Sinauer Associtates, Inc.)

• Molleman,A. (2003) Patch clamping (John Wiley & sons, LTD)

• Creighton,T.E. (1993) Proteins (W.H. Freeman and company)

• B. Alberts, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter (2002) Molecular Biology of the Cell (Garland Science)

Články:

• Marsh,D.: Peptide models for membrane channels (1996) Biochem. J. 315: 345-361

• Spencer,R.H., Rees,D.C.: The a-helix and the organization and gating of channels (2002) Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 31: 207-33

• Wimley,W.C.: The versatile b-barrel memrane protein (2003) Curr. Opin. Struct. Biol. 13: 404-411

• MacKinnon,R.: Potassium channels (2003) FEBS Lett. 555: 62-65

• Abramson,J., Kaback,H.R., Iwata,S.: Structural comparison of lactose permease and the glycerol-3-phosphate antiporter: members of the major facilitator superfamily (2004) Curr.Opin. Struct. Biol. 14: 413-419

• Hunte,C., Screpanti,E., Venturi,M., Rimon,A., Padan,E., Michel,H.: Structure of a Na+/H+ antiporter and insights into mechanism of action and regulation by pH (2005) Nature 435: 1197-1202

• White,S.H.: Membrane protein folding and stability: physical principles (1999) Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 28: 319-65

• Arechaga,I., Jones,P.C.: The rotor in the membrane of the ATP synthase and relatives (2001) FEBS Lett. 494: 1-5

• Apell,H.J.: Structure-function relationship in P-type ATPases - a biophysical approach (2003) Rev. Physiol. Biochem. Pharmacol 150: 1-35

• Schultz,B.E., Chan,S.I.: Structures and proton-pumping strategies of mitochondrial respiratory enzymes (2001) Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 30: 23-65

WWW stránky:

• www.tcdb.org

• http://pdb.rcsb.org/

Books:

• Kotyk A., Janáček K. and Koryta J. (1988) Biophysical Chemistry of Membrane Function (Chichester: Wiley)

• Yeagle, P.L. (2004) The Structure of Biological Membranes (CRC)

• Nicholls, D.G, S. J. (2002) Bioenergetics 3 (Academic press)

• Tamm, L.K. (2005) Protein-lipid interactions: From membrane domains to cellular networks (Wiley-Vch Verlag), Weinheim, Germany

• White, S.H. (1994) Membrane protein structure: Experimental approaches (Oxford University press)

• Van Winkle, L.J. (1995) Biomembrane Transport (Academic press)

• Hille,B. (2001) Ion channels of excitable membranes (Sinauer Associtates, Inc.)

• Molleman,A. (2003) Patch clamping (John Wiley & sons, LTD)

• Creighton,T.E. (1993) Proteins (W.H. Freeman and company)

• B. Alberts, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter (2002) Molecular Biology of the Cell (Garland Science)

Articles:

• Marsh,D.: Peptide models for membrane channels (1996) Biochem. J. 315: 345-361

• Spencer,R.H., Rees,D.C.: The a-helix and the organization and gating of channels (2002) Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 31: 207-33

• Wimley,W.C.: The versatile b-barrel memrane protein (2003) Curr. Opin. Struct. Biol. 13: 404-411

• MacKinnon,R.: Potassium channels (2003) FEBS Lett. 555: 62-65

• Abramson,J., Kaback,H.R., Iwata,S.: Structural comparison of lactose permease and the glycerol-3-phosphate antiporter: members of the major facilitator superfamily (2004) Curr.Opin. Struct. Biol. 14: 413-419

• Hunte,C., Screpanti,E., Venturi,M., Rimon,A., Padan,E., Michel,H.: Structure of a Na+/H+ antiporter and insights into mechanism of action and regulation by pH (2005) Nature 435: 1197-1202

• White,S.H.: Membrane protein folding and stability: physical principles (1999) Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 28: 319-65

• Arechaga,I., Jones,P.C.: The rotor in the membrane of the ATP synthase and relatives (2001) FEBS Lett. 494: 1-5

• Apell,H.J.: Structure-function relationship in P-type ATPases - a biophysical approach (2003) Rev. Physiol. Biochem. Pharmacol 150: 1-35

• Schultz,B.E., Chan,S.I.: Structures and proton-pumping strategies of mitochondrial respiratory enzymes (2001) Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 30: 23-65

WWW pages:

• www.tcdb.org

• http://pdb.rcsb.org/

přednáška

lecture

1. Lipidová (bio)membrána. Transport přes membránu - ionty, nepolární vs. polární molekuly, makromolekuly. Nespecifická permeace, aktivní a pasivní transport. Jejich termodynamické a kinetické aspekty. Membránový potenciál.

2. Metody studia transportu přes membránu. Pasivní transport - nespecifická permeace, usnadněná difúze. Kanály, transportéry. Oligopeptidy jako model studia membránových proteinů.

3. Struktura proteinů (se zaměřením na membránové), metody jejího studia

4. Teoretický popis transportu.

5. Kanály - peptidové kanály, toxiny, proteinové kanály

6. Sekundárně aktivní transportéry.

7. Primárně aktivní transportéry

8. ATPázy P- a F- typu

9. Aktivní transport spřažený s redoxní reakcí - proteiny dýchacího řetězce.

10. Transport a třídění proteinů, vezikulární transport

BCM304.pdf>

11. Interakce proteinů s membránou, folding membránových proteinů.

1. Biomembrány

Membrány v živých buňkách, jejich chemické složení, hydrofobní efekt a jeho vliv na uspořádání lipidů, elektrické

vlastnosti membrán, modelové membrány.

2. Studium transportu

Metody studia transportu přes membránu, ionofory, elektrofyziologické metody, použití fluorescence, ostatní metody,

měření membránového potenciálu.

3. Struktura membránových proteinů

Základní poznatky o proteinech, síly určující strukturu proteinů, srovnání struktury membránových a rozpustných

proteinů. Základní přehled používaných metod při studiu struktury, odlišnosti membránových proteinů.

4. Teoretický popis transportu

Rovnice popisující rovnováhu, popis (elektro)difuze, kinetické rovnice, popis aktivního transportu.

5. Pasivní transport - kanály

Peptidové kanály (gramicidin, alameticin), toxiny. Proteinové kanály: nadrodina iontových kanálů hradlovaných

napětím, mechanosensitivní kanály, chloridové kanály, aquaporiny, ?-barely - poriny.

6. Sekundárně aktivní transportéry

Symport, antiport. Proteiny rodiny MFS (major facilitator superfamily); rodina aniontových mitochondriálních přenašečů

(MACP); rodina DMT - protein EmrE - transport cizorodých látek; antiport kation/proton; Ton komplex E. coli.

7. Primárně aktivní transport.

Aktivní transport kationtů (P-ATPázy) -podskupiny, struktura, kofaktory; Transport protonů: F- a V-ATPázy; ABC

pumpy - transport cizorodých látek ven z buňky, rezistence na léky.

8. ATPázy P- a F- typu

Ca2+-ATPáza, Na/K ATPáza, F1FO-ATPáza

9. Proteiny dýchacího řetězce

Redoxní reakce, redoxní potenciál, prostetické skupiny účastnící se přenosu elektronů; mitochondrie, jejich

bioenergetika; jednotlivé komplexy dýchacího řetězce

10. Transport a třídění proteinů, vezikulární transport

Buněčné oddíly, transport a třídění proteinů, vezikulární transport (mezi organelami, exocytóza, endocytóza).

11. Interakce proteinů s membránou, folding membránových proteinů

Interakce krátkých peptidů s membránou, stupnice hydrofobicity; vlastní interakce mezi proteinovým řetězcem a

membránou, formativní interakce (translokon); metody studia.

1. Lipid (bio)membrane. Membrane transport - ions, nonpolar vs. polar molecules, macromolecules. unspecific permeation, active and passive transport. Thermodynamic and kinetic aspects. Membrane potential.

2. Methods of study of membrane transport. Passive transport - unspecific permeation, facilitated diffusion. Channels, transporters. Oligopeptides as a model of membrane proteins.

3. Protein structure (focus on membrane proteins), experimental methods and prediction of protein structure.

4. Theoretical description of transport processes.

5. Channels - peptide channels, toxins, gated selective channels.

6. Secondary active transporters.

7. Primary active transport.

8. Transport of ions (P-, V- and F- type ATPases), ABC pumps.

9. Active transport coupled with redox reaction - proteins of respiratory chain.

10. Protein transport, vesicular transport

Membrane-protein interactions, folding of membrane proteins.