Διαπερατότητα βιολογικών μεμβρανών. Σωτήρης Ζαρογιάννης Επίκ. Καθηγητής Φυσιολογίας Εργαστήριο Φυσιολογίας Τμήμα Ιατρικής Π.Θ.

Transcript

1 Διαπερατότητα βιολογικών μεμβρανών Σωτήρης Ζαρογιάννης Επίκ. Καθηγητής Φυσιολογίας Εργαστήριο Φυσιολογίας Τμήμα Ιατρικής Π.Θ. 28 /09/2016 Φυσιολογία Συστημάτων Ακαδημαϊκό Ετος

2 Κυτταρικές μεμβράνες Διακυτταρική & Παρακυτταρική διαπερατότητα Zarogiannis S, Hatzoglou C, Stefanidis I, Ioannou M, Paraskeva E, Gourgoulianis K, Molyvdas PA. Comparison of the electrophysiological properdes of the sheep isolated costal and diaphragmadc parietal pleura. Clin Exp Pharmacol Physiol. 2007;34:

3 Διάχυση

4 Ενταση και φορά διάχυσης Πηγή εικόνας: Φυσιολογία του Ανθρώπου. 8 η Εκδοση. Vander, Sherman, Luciano, Τσακόπουλος. Εκδόσεις Πασχαλίδη 2001.

5 Νόμος διάχυσης του Fick J = -DA(ΔC/Δx) J= καθαρός ρυθμός διάχυσης D = συντελεστής διάχυσης Α = επιφάνεια διάχυσης ΔC/Δx = κλίση συγκέντρωσης * Το μείον υποδηλώνει κατεύθυνση διάχυσης (ψηλή προσ χαμηλή συγκέντρωση άρα αρνητικό)

6 Ταχύτητα διάχυσης και απόσταση Απόσταση διάχυσης (μm) Απαιτούμενος χρόνος για τη διάχυση 1 0,5 msec msec sec 1000 (1 mm) 8,3 min (1 cm) 14 hours Ο χρόνος που απαιτείται για τη διάχυση αυξάνει ανάλογα με το τετράγωνο της απόστασης στην οποία γίνεται η διάχυση

7 Ωσμωση

8 Πηγή εικόνας: Φυσιολογία του Ανθρώπου. 8 η Εκδοση. Vander, Sherman, Luciano, Τσακόπουλος. Εκδόσεις Πασχαλίδη Ωσμωση ΩΣΜΩΣΗ: καθαρή διάχυση νερού από την πλευρά της µεµβράνης µε την υψηλή συγκέντρωση προς την πλευρά µε τη χαµηλή συγκέντρωση 1mol γλυκόζης=1osm διαλυµένων ουσιών 1mol NaCl=2osm διαλυµένων ουσιών 1mol MgCl 2 =3osm διαλυµένων ουσιών ΩΣΜΩΜΟΡΙΑΚΟΤΗΤΑ: η συνολική συγκέντρωση σωµατιδίων µιας διαλυµένης ουσίας σε ένα διάλυµα Ένα διάλυµα γλυκόζης 1Μ έχει συγκέντρωση 1Osm 1 osm = 1 mol διαλυµένων σωµατιδίων ΩΣΜΩΤΙΚΗ ΠΙΕΣΗ: το µέγεθος της πίεσης που απαιτείται για να αναστείλει την όσµωση τελείως (εξαρτάται από τον αριθµό των σωµατιδίων στο διάλυµα)

9 Ωσμωση Πηγή εικόνας: Φυσιολογία του Ανθρώπου. 8 η Εκδοση. Vander, Sherman, Luciano, Τσακόπουλος. Εκδόσεις Πασχαλίδη 2001.

10 Φαινόμενο Donnan Ισορροπία Donnan-Gibbs K + Proteins - Cl - Cl - K + ICF [mm] ECF [mm]

11 Επίδραση ηλεκτρικών δυνάμεων στην κίνηση των ιόντων Η κατεύθυνση και η ένταση της ροής ενός ιόντος μέσω της μεμβράνης δεν εξαρτάται μόνο από τη διαφορά συγκεντρώσεων του ιόντος αλλά και από τη διαφορά ηλεκτρικών φορτίων εκατέρωθεν της μεμβράνης. Οι δύο αυτές δυνάμεις καλούνται συλλογικά: ηλεκτροχημικό πρανές ή ηλεκτροχημική κλίση

12 Δυναμικό Μεμβράνης (Νευρικό κύτταρο) E Na = + 60 Νa + Νa + 3Νa + 2Κ + - ICF Voltage (mv) 0 K + K + -70mV E Rest = -70 Χημικό Πρανές Ηλεκτρικό Πρανές Δίαυλοι Διαρροής Κ + Δίαυλοι Εισρροής Να + E K = -90 ECF

13 Πηγή εικόνας: Φυσιολογία του Ανθρώπου. 8 η Εκδοση. Vander, Sherman, Luciano, Τσακόπουλος. Εκδόσεις Πασχαλίδη Εξωκυττάρια οσμωμοριακότητα και κυτταρικός όγκος

14 Ωσμωμοριακότητα διαλύματος ΙΣΟ-ΩΣΜΩΤΙΚΟ είναι το διάλυμα που περιέχει 300 mosm/l διαλυμένων ουσιών, ανεξαρτήτως από την κατανομή τους σε διερχόμενες και μη ΥΠΕΡ-ΩΣΜΩΤΙΚΟ είναι το διάλυμα που περιέχει διαλυμένες ουσίες σε συγκέντρωση > 300 mosm/l, ανεξαρτήτως από την κατανομή τους σε διερχόμενες και μη ΥΠΟ-ΩΣΜΩΤΙΚΟ είναι το διάλυμα που περιέχει διαλυμένες ουσίες σε συγκέντρωση < 300 mosm/l, ανεξαρτήτως από την κατανομή τους σε διερχόμενες και μη

15 Τονικότητα διαλύματος ΙΣΟΤΟΝΙΚΟ είναι το διάλυμα που περιέχει 300 mosm/l μη διερχόμενων ουσιών, ανεξαρτήτως της συγκέντρωσης των μεμβρανοπερατών ουσιών ΥΠΕΡΤΟΝΙΚΟ είναι το διάλυμα που περιέχει μη περατές ουσίες σε συγκέντρωση > 300 mosm/l, ανεξαρτήτως της συγκέντρωσης που μπορεί να έχουν οι υπάρχουσες διερχόμενες ουσίες ΥΠΟΤΟΝΙΚΟ είναι το διάλυμα που περιέχει μη διερχόμενες ουσίες σε συγκέντρωση < 300 mosm/l, ανεξαρτήτως της συγκέντρωσης που μπορεί να έχουν οι υπάρχουσες διερχόμενες ουσίες Η τονικότητα ενός διαλύματος καθορίζεται από τη συγκέντρωση των μη περατών ουσιών και όχι από τη συνολική οσμωμοριακότητα όλων των ουσιών. Οι διερχόμενες ουσίες δεν επηρεάζουν την τονικότητα ενός διαλύματος

16 Τονικότητα και οσμωμοριακότητα ενός διαλύματος Διάλυμα όγκου 1 L που περιέχει 300 mosm (μη περατού) NaCl και 100 mosm ουρίας (που μπορεί να περάσει την κυτταρική μεμβράνη) έχει συνολική οσμωμοριακότητα 400 mosm υπεροσμωτικό ισοτονικό Ενα υποοσμωτικό διάλυμα είναι ταυτόχρονα και υποτονικό Ενα υπεροσμωτικό διάλυμα μπορεί να είναι υπερτονικό, ισοτονικό ή υποτονικό

17 Διαμεμβρανική Μεταφορά

18 Ιοντικοί Δίαυλοι & Αντλίες Πηγή εικόνας: Ganong s Review of Medical Physiology, 23 rd EdiDon.Barreq, Brooks, Boitano and Barman. McGraw Hill, 2010

19 Διάχυση μέσω της λιπιδικής διπλοστιβάδας Οι σταθερές διαπερατότητας των διαφόρων μορίων σχετίζονται με τη μοριακή τους δομή Τα πιο πολικά μόρια διαχέονται πολύ αργά ή καθόλου μέσω της κυτταρικής μεμβράνης και έχουν πολύ μικρή σταθερά διαπερατότητας Τα μη πολικά μόρια διαχέονται πολύ γρήγορα και έχουν μεγάλη σταθερά διαπερατότητας

20 Διάχυση - Διαμεσολαβούμενη μεταφορά Πηγή εικόνας: Φυσιολογία του Ανθρώπου. 8 η Εκδοση. Vander, Sherman, Luciano, Τσακόπουλος. Εκδόσεις Πασχαλίδη 2001.

21 Συστήματα διαμεσολαβούμενης μεταφοράς

22 Πηγή εικόνας: Φυσιολογία του Ανθρώπου. 8 η Εκδοση. Vander, Sherman, Luciano, Τσακόπουλος. Εκδόσεις Πασχαλίδη Ρύθμιση της διάχυσης μέσω ιοντικών διαύλων Πρόσδεση µορίων Δυναµικό µεµβράνης Διάταση µεµβράνης συνδεµατοευαίσθητοι ή συνδεµατικοί δίαυλοι τασεοευαίσθητοι ή τασικοί δίαυλοι µηχανοευαίσθητοι ή µηχανικοί δίαυλοι

23 Διαμεσολαβούμενης μεταφοράς Πηγή εικόνας: Φυσιολογία του Ανθρώπου. 8 η Εκδοση. Vander, Sherman, Luciano, Τσακόπουλος. Εκδόσεις Πασχαλίδη 2001.

24 Πηγή εικόνας: Φυσιολογία του Ανθρώπου. 8 η Εκδοση. Vander, Sherman, Luciano, Τσακόπουλος. Εκδόσεις Πασχαλίδη Πρωτογενής ενεργός μεταφορά 1. Αντλία νατρίου-καλίου 2. Αντλία ασβεστίου 3. Αντλία υδρογόνου 4. Αντλία υδρογόνου-καλίου

25 Αντλία νατρίου καλίου α υποοµάδα: 10 διαµεµβρανικά τµήµατα, είναι η καταλυτική υποοµάδα που µεσολαβεί την ενεργό µεταφορά β υποοµάδα: ένα διαµεµβρανικό τµήµα, είναι σηµαντική για την κατάλληλη συνάθροιση και τη µεµβρανική σήµανση της αντλίας Η αντλία έχει δύο κύριες διαµορφώσεις Ε1 και Ε2

26

27 Δευτερογενής ενεργός μεταφορά Πηγή εικόνας: Φυσιολογία του Ανθρώπου. 8 η Εκδοση. Vander, Sherman, Luciano, Τσακόπουλος. Εκδόσεις Πασχαλίδη 2001.

28 ΚΥΡΙΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΩΝ ΟΔΩΝ ΔΙΑΜΕΜΒΡΑΝΙΚΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ ΟΥΣΙΩΝ ΔΙΑΧΥΣΗ ΔΙΑΜΕΣΟΛΑΒΟΥΜΕΝΗ ΜΕΤΑΦΟΡΑ Μέσω της λιπιδικής στιβάδας Μέσω πρωτεϊνικών διαύλων Διευκολυνόµενη διάχυση Πρωτογενής ενεργός µεταφορά Δευτερογενής ενεργός µεταφορά Κατεύθυνση καθαρής ροής Από την υψηλή προς τη χαµηλή συγκέντρωση Από την υψηλή προς τη χαµηλή συγκέντρωση Από την υψηλή προς τη χαµηλή συγκέντρωση Από τη χαµηλή προς την υψηλή συγκέντρωση Από τη χαµηλή προς την υψηλή συγκέντρωση Ισορροπία C O = C i C O = C i C O = C i C O # C i C O # C i Διαµεσολάβηση µεµβρανικών πρωτεϊνών Όχι Ναι Ναι Ναι Ναι Κορεσµός Όχι Όχι Ναι Ναι Ναι Χηµική εξειδίκευση Χρήση και πηγή ενέργειας Παραδείγµατα ουσιών Όχι Ναι Ναι Ναι Ναι Όχι Όχι Όχι Ναι /ATP Ναι κλίση ιόντων Μη πολικά: Ο 2, CO 2, λιπαρά οξέα Ιόντα: Na + K + Πολικά: γλυκόζη Ιόντα: Na + K + Ca 2+ Ca 2+ Η + Πολικά: αµινοξέα, γλυκόζη, ιόντα

29 Σύνοψη Πηγή εικόνας: Ganong s Review of Medical Physiology, 23 rd EdiDon.Barreq, Brooks, Boitano and Barman. McGraw Hill, 2010

30 Ενδοκυττάρωση εξωκυττάρωση

31 Εξωκυττάρωση - Ενδοκυττάρωση Πηγή εικόνας: Ganong s Review of Medical Physiology, 23 rd EdiDon.Barreq, Brooks, Boitano and Barman. McGraw Hill, 2010

32 Ενδοκυττάρωση με μεσολάβηση υποδοχέα

33 Ενδοκυττάρωση LDL με μεσολάβηση υποδοχέα

34 Εξωκυττάρωση

35 Επιθηλιακή μεταφορά

36 Επιθηλιακή μεταφορά Πηγή εικόνας:ιατρική Φυσιολογία: Κυτταρική και μοριακή προσέγγιση. Boron and Boulpaep. 1h1η Εκδοση, Ιατριές Εκδόσεις Πασχαλίδη 2006.

37 Συνδέσεις κυττάρων Πηγή εικόνας: Ganong s Review of Medical Physiology, 23 rd EdiDon.Barreq, Brooks, Boitano and Barman. McGraw Hill, 2010

38 Ο ρόλος των στενοσυνδέσμων στην διακυτταρική μεταφορά

39 Ο ρόλος των στενών συνδέσεων στην διακυτταρική μεταφορά

40 Επιθηλιακή μεταφορά νατρίου Πηγή εικόνας: Φυσιολογία του Ανθρώπου. 8 η Εκδοση. Vander, Sherman, Luciano, Τσακόπουλος. Εκδόσεις Πασχαλίδη 2001.

41 Πηγή εικόνας: Φυσιολογία του Ανθρώπου. 8 η Εκδοση. Vander, Sherman, Luciano, Τσακόπουλος. Εκδόσεις Πασχαλίδη Επιθηλιακή μεταφορά οργανικής ουσίας

42 Επιθηλιακή μεταφορά ύδατος Πηγή εικόνας: Φυσιολογία του Ανθρώπου. 8 η Εκδοση. Vander, Sherman, Luciano, Τσακόπουλος. Εκδόσεις Πασχαλίδη 2001.

43 Υλικό για μελέτη Vander Φυσιολογία του ανθρώπου Κεφάλαιο 6, σελ