Εύρυθμη λειτουργία ζωτικών οργάνων Κυτταρικούς μηχανισμούς Ενζυμικές αντιδράσεις Πολλοί μηχανισμοί ομοιοστασίας του Ρύθμιση ομοιοστασίας του

Transcript

1

2 Κυριότερο ενδοκυττάριο ιόν Βασικό συστατικό οργανισμού Εύρυθμη λειτουργία ζωτικών οργάνων Κυτταρικούς μηχανισμούς Ενζυμικές αντιδράσεις Πολλοί μηχανισμοί ομοιοστασίας του Ρύθμιση ομοιοστασίας του Ζωτικής Σημασίας

3 Δράσεις Κ + Ρύθμιση ΑΠ/καρδιακού ρυθμού Λειτουργία μυών Λειτουργία νευρικού συστήματος Μεταβολισμός λιπών/υδατανθράκων Ανάπτυξη οργανισμού

4 Δράσεις Κ + και κύτταρο Δυναμικό ηρεμίας κυτταρικών μεμβρανών Ενδοκυττάριο ph Ωσμωτικότητα Αγωγιμότητα νευρικών ινών Μυική σύσπαση Αγγειακό τόνο Nουκλεϊκά οξέα Πρωτεΐνες/ένζυμα Κυτταρική ανάπτυξη Κυτταρική απόπτωση

5 Προϊστορική δίαιτα ποσότητες μη επεξεργασμένων ακαλλιέργητων τροφών Πλούσια σε (HCO 3- ), Κ +, Glu Μεταγευματική K + Κύριο ενδοκυττάριο ιόν: όλες οι διεργασίες του κυττάρου εξαρτώνται από Κ + κύτταρο Ινσουλίνη: ρυθμιστής της ομοιοστασίας

6 Ρύθμιση Κ + μεταξύ ΕΔΧ- ΕΞΧ Na + -Κ + -ATPάση: σημαντικότερη ιοντική αντλία σε όλους τους ζωικούς οργανισμούς Ρυθμίζει ενδοκυττάρια κατανομή Κ + /εξωκυττάρια Na + Ηλεκτροχημικό δυναμικό εκατέρωθεν κ.μ

7 Na + -Κ + -ATPάση/Δυναμικό ηρεμίας Κύτταρο = «μπαταρία»: Δυναμικό ηρεμίας -60 έως -80 mv Μετάδοση σημάτων κατά μήκος κ.μ κυττάρων που διεγείρονται για να δράσουν Doucet, Kidney Int 1988;34:749

8 Κάλιο και μετάδοση σήματος Ηλεκτρικά σήματα = αλλαγές δυναμικού ηρεμίας Μεταβολή ροής ρεύματος εκατέρωθεν κ.μ Το ρεύμα μεταφέρεται από ιόντα Ηρεμία Υπερπόλωση Εκπόλωση Ηρεμία

9 Οξεοβασικές διαταραχές/μεταβολή Κ + ph HCO 3 Μεταβολή του ph Μεταβολή Κ + (meq/l) Μεταβολική Οξέωση Ανόργανα Οξέα Μείωση 0,1 Αύξηση 0,7 Οργανικά Οξέα Μείωση 0,1 0 Μεταβολική Αλκάλωση Αύξηση 0,1 Μείωση 0,3 Αναπνευστική Οξέωση Μείωση 0,1 Αύξηση 0,1 Αναπνευστική Αλκάλωση Αύξηση 0,1 Μείωση 0,2

10 Ωσμωτικότητα πλάσματος Ωσμωτικότητας = Κ + ορού [Glu] Ωσμ. Κ + Κύτταρο (συμμεταφορά) H 2 O Conte et al, Kidney Int 1990;38:301 Nicolis et al, Arch Intern Med 1981;41:49

11 K + και κυτταρική ανάπτυξη/λειτουργία Ο οργανισμός για να επιτελέσει λειτουργία - Παράγει πρωτεΐνη: Ενεργοποίηση - Αντιγραφή του DNA Μεταγραφή σε RNA Μετάφραση/πρωτεϊνοσύνθεση

12 Ροή γενετικής πληροφορίας

13 K + και ελίκωση DNA (1) Ευθύ DNA= Αργό/ δυσλειτουργικό Ελίκωση DNA= Απαραίτητη για ροή γεν. πληροφορίας Καταλύτης: Κατιονικό περιβάλλον (K + ) Ελίκωση DNA στρέφεται προς το κατιόν λόγω φορτίου Hamaguchi, J Am Chem Soc 1962; 84:8 Laundon, Biochem 1987; 26:13 McFail-Isom, Curr Opin Struct Biol 1999; 9:3

14 K + και αντιγραφή DNA (2) Ταχύτητα Ακρίβεια Πιστότητα σε λίγες ώρες αντιγράφονται Δισ. ζεύγη νουκλεοτιδίων με βοήθεια > 30 ενζύμων και K +

15 K + και αντιγραφή DNA (2) ταχύτητα και πιστότητα K + αναγνωρίζει κόβει/επιδιορθώνει γεμίζει κενό έλικας K + K +

16 K + και μεταγραφή (3) Η μεταφορά της γενετικής πληροφορίας από DNA στο ριβόσωμα Πιστότητα διαδικασίας K + Επιδιόρθωση λάθους Μετάβαση mrna διαμέσου κ.μ κατιόντα (K + )

17 K + και αναδίπλωση RNA (4) RNA= ευθύ, μονόκλωνο, δυσλειτουργικό Αναδίπλωση σε 2/3οταγή δομή= βιολ. λειτουργικό Καταλύτης: κατιονικό περιβάλλον (K + ) Αναδίπλωση σε τριτοταγή δομή = Προστασία από εξ. επιδράσεις Draper, DE RNA 2004; 10:3 Pyle, J Biol Inorg Chem 2002; 7:7-8

18 Σύγκριση K + με άλλα κατιόντα στη αλληλεπίδραση με DNA/RNA Ελίκωση DNA, Αναδίπλωση RNA Καταλύτης: κατιονικό περιβάλλον in vitro πολλά κατιόντα in vivo: μόνο K + και Mg Κυριότερο ενδοκυττάριο ιόν Draper, RNA 2004; 10:3 Pyle, J Biol Inorg Chem 2002; 7:7-8

19 Σύγκριση K + με άλλα κατιόντα στη αλληλεπίδραση με DNA/RNA 2. Σχηματίζει ασθενή σύμπλοκα με ιόντα Ο 2 Η 2 Ο Σε αντίθεση με τα υπόλοιπα κατιόντα που επιδρούν ισχυρά με τα άτομα Ο 2 του νερού, το K + έχει μικρό φορτίο και μεγάλη ιοντική ακτίνα (1,33 Å) Τα Ο 2 γύρω από το μόριο K + δεν είναι καλά οργανωμένα Τα ιόντα K + αφυδατώνονται ταχύτερα, δαπανώντας ελάχιστη ενέργεια Αναγνωρίζουν ειδικότερα τις θέσεις πρόσδεσης στα ΝΟ και προσδένονται πιο ισχυρά Draper DE RNA 2004; 10:3 Pyle, J Biol Inorg Chem 2002; 7:7-8

20 Σύγκριση K + με άλλα κατιόντα στη αλληλεπίδραση με DNA/RNA Όταν αλληλεπιδρά με τα ΝΟ σχηματίζει σύμπλοκα : 3. ελάχιστη ενέργεια 4. περισσότερες θέσεις σύνδεσης ( μέγεθος) 5. ηλεκτροχημική σταθερότητα προστασία από εξωτερικούς παράγοντες (ακτινοβολία, τοξίνες, ελεύθερες ρίζες)

21 K + και πρωτεϊνοσύνθεση (5) Αλλάζει δομή / λειτουργία ριβοσώματος Σύνδεση mrna Σύνδεση του trna Πεπτ. δεσμοί μεταξύ αμινοξέων Λήξη - πιστότητα 3 ο Ριβοσωματικό συστατικό Klein, DJ RNA 2004; 10: 9

22 K + και ενεργοποίηση ενζύμων (6) Αμέσως μετά τη μετάφραση, οι νεοσύστατες πρωτεΐνες/ένζυμα είναι συνήθως αδρανείς K + K + K + K + K + τα ιόντα K + προσδένονται στις πρωτεΐνες για να: σταθεροποιήσουν τη δομή τους γίνουν βιολογικά ενεργές να παρέχουν ιδεατή πρόσδεση στο κατάλληλο υπόστρωμα

23 K + και ενεργοποίηση ενζύμων (6) Κ + : Μεσολαβητής ώστε το υπόστρωμα να αναγνωρίσει και να προσδεθεί στο ενεργό κέντρο Κ + : Προσδένεται στο ίδιο το ένζυμο, Αλλοστερικά ένζυμα αλλάζει τη στερεοχημεία/δομή του και η νέα μορφή προσελκύει το υπόστρωμα Vasak, The alkali metal ions: Their role for life 2016; p.p

24 Τα κύτταρα δε μπορούν να επιτελέσουν καμία λειτουργία ούτε να αυξηθούν /αναπτυχθούν χωρίς να έχουν την κατάλληλη ποσότητα K + Το K + είναι απαραίτητο για την ενδοκυττάρια ζωή Αναπαραγωγή DNA

25 Χαμηλή συγκέντρωση K + = κυτταρικός θάνατος (απόπτωση)

26 K + και κυτταρική απόπτωση ενδοκυττάριου Κ + οδηγεί σε: ανενεργό ριβόσωμα Yu, Progr Neurobiol 2003; 70:4 Hughes, Adv Enz Regul 1999; 39:1

27 K + και κυτταρική απόπτωση Τα μακρολίδια εμποδίζουν τη σύνδεση του Κ + στο ριβόσωμα αποδόμηση της κυτταρικής μεμβράνης και θάνατο του βακτηρίου 1 η αλλαγή του ενδοκυττάριου περιβάλλοντος στην κυτταρική απόπτωση: Απότομη/μεγάλη Κ + Yu, Progr Neurobiol 2003; 70:4 Hughes, Adv Enz Regul 1999; 39:1

28 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΙΚΑ

29 2,8 3,3 g (72 84 mmol) αρτηριακή υπέρταση νατριοευαισθησία Συνιστώμενη: 2,2 2,6 g (56 66 mmol) > 4,7 g (120 mmol/day) νεφρολιθίαση οστεοπόρωση αγγειακά εγκεφαλικά επεισόδια

30 Ευχαριστώ για την προσοχή σας Δεν υπάρχει λες καμιά πιο εύκολη λύση για να προσλάβουμε κάλιο?