13. Μεµβρανικοί δίαυλοι και αντλίες

Transcript

1 13. Μεµβρανικοί δίαυλοι και αντλίες 5/09 Ενεργός και παθητική µεταφορά µορίων/ιόντων µέσω µεµβρανών (αντλίες και δίαυλοι). Αντλίες ιόντων που δρουν µέσω υδρόλυσης ΑΤΡ και φωσφορυλίωσης. Αντλίες µε περιοχές κασέτας δέσµευσης ΑΤΡ. ευτερογενείς µεταφορείς: χρησιµοποιούν βαθµίδωση συγκέντρωσης ενός ιόντος για να µεταφέρουν άλλο ιόν. ίαυλοι: µεταφέρουν ταχέως ιόντα δια µέσου µεµβρανών. ιακυτταρικοί δίαυλοι (χασµατοσυνδέσεις)

2 ιαπέραση της µεµβράνης Λιπόφυλα µόρια: ελεύθερη δίοδος προς χαµηλότερες συγκεντρώσεις Πολικά µόρια (δίοδος µέσω διαύλων και αντλιών) Γιατί δεν αρκούν οι δίαυλοι? Παθητική και ενεργός µεταφορά

3 Αντλίες Ενεργός µεταφορά µορίων και ιόντων (µε χρήση πηγής ενέργειας)= µετατροπείς ενέργειας Αντλίες ιόντων που δρουν µέσω υδρόλυσης ΑΤΡ και φωσφορυλίωσης (ATPσες τύπου Ρ). Αντλίες µε περιοχές κασέτας δέσµευσης ΑΤΡ. ευτερογενείς µεταφορείς: χρησιµοποιούν βαθµίδωση συγκέντρωσης ενός ιόντος για να µεταφέρουν άλλο ιόν.

4 ΑΤΡάσες τύπου Ρ (σχηµατίζουν ενδιάµεσο φωσφορυλιωµένο προϊόν) ΑΤΡάση Ca ++ ΑΤΡάση Na + -K +

5 Ενδιάµεσο προϊόν των αντιδράσεων των ΑΤΡασών τύπου Ρ Ασπαραγινικό του ενζύµου Ροµάδα από την υδρόλυση του ΑΤΡ Ένζυµο β-φωσφοασπαραγινικό

6 ΑΤΡάση Ca ++ του σαρκοπλασματικού δικτύου 80% µεµβρανικών πρωτεϊνών Σ Μυϊκή χάλαση: κυτοσόλιο (0.1µΜ) Ca ++ Σ (1500µΜ) Μυϊκή σύσπαση εφικτή

7 ΑΤΡάση Ca ++ του σαρκοπλασµατικού δικτύου 1500 µμ 0.1 µμ έχεται την Ρ από την ΑΤΡ Ενεργοποιητής της Ν οµική περιοχή Ν εσµεύει την ΑΤΡ 4

8 Σ Μηχανισµός δράσης ΑΤΡάσης τύπου Ρ Ε 1 -Ρ Κυττοσόλιο Ε 2 -Ρ 5

9 ΑΤΡάση Na + -K + στην πλασµατική µεµβράνη 3 Na + εξέρχονται από το κύτταρο (δεσµεύονται στην Ε 1 ) 2 K + εισέρχονται (δεσµεύονται στην Ε 2 ) - Ελέγχει τον όγκο του κυττάρου - Νευρικά+µυϊκά κύτταρα: ηλεκτρικά διεγέρσιµα - Μεταφορά σακχάρων και αµινοξέων

10 Πολύ Νa +, λίγο Κ + Λειτουργία της ΑΤΡάσης Na + -K + E 1 E 2 Λίγο Na +, πολύ K + E 1

11 Αναστολή της αντλίας Νa + -K + µε παρεµπόδιση της αποφωσφορυλίωσής της από καρδιοτονωτικά στεροειδή ιγιτοξιγενίνη (αναστέλλει την αποφωσφορυλίωση καρδιοτονοτικό) Na + στο εσωτερικό Ca + συσπαστικότητα του καρδιακού µυός ακτυλίτιδα

12 Μεµβρανικοί δίαυλοι και αντλίες Ενεργός και παθητική µεταφορά µορίων/ιόντων µέσω µεµβρανών (αντλίες και δίαυλοι). Αντλίες ιόντων που δρουν µέσω υδρόλυσης ΑΤΡ και φωσφορυλίωσης. Αντλίες µε περιοχές κασέτας δέσµευσης ΑΤΡ. ευτερογενείς µεταφορείς: χρησιµοποιούν βαθµίδωση συγκέντρωσης ενός ιόντος για να µεταφέρουν άλλο ιόν. ίαυλοι: µεταφέρουν ταχέως ιόντα δια µέσου µεµβρανών. ιακυτταρικοί δίαυλοι (χασµατοσυνδέσεις)

13 Πολυφαρµακευτική αντίσταση Πρωτεΐνη της πολυφαρµακευτικής αντίστασης (MDR) = Ρ-γλυκοπρωτεΐνη = ΑΤΡ-εξαρτώµενη αντλία αντλεί τα φάρµακα έξω από τα κύτταρα

14 Πρωτεϊνη της πολυφαρµακευτικής αντίστασης (MDR) (Μεταφορέας µε κασέτα δέσµευσης της ΑΤΡ) 8

15 Οι δυο θεωρίες για την εξαγωγή των τοξικών ουσιών φαρµάκων µε την P-γλυκοπρωτεΐνη Το φάρµακο προσδένεται κατευθείαν στον µεταφορέα και αποβάλλεται στο εξωτερικό Το φάρµακο εισχωρεί στο κυτταρόπλασµα, τροποποιείται από ένζυµο, και µόνο το τροποποιηµένο φάρµακο µπορεί να προσδεθεί στον µεταφορέα για αποβολή στο εξωτερικό

16 οµή της P-γλυκοπρωτεΐνης και πιθανός µηχανισµός εξαγωγής των τοξικών ουσιών φαρµάκων (=απευθείας µοντέλο) Είσοδος φαρµάκου Πλασµ. µεµβράνη Κασέτα δέσµευσης ΑΤΡ ΑΤΡ ΑΤΡ

17 Κυστική ίνωση (Αναστολή των εκκρίσεων του παγκρέατος και πυκνές βλέννες στους πνεύµονες) Μετάλλαξη στον «διαµεµβρανικό ρυθµιστή της αγωγιµότητας κατά την κυστική ίνωση» (CFTR) = ΑΤΡ-εξαρτώµενος δίαυλος Cl - των επιθυλιακών κυττάρων

18 Μεµβρανικοί δίαυλοι και αντλίες Ενεργός και παθητική µεταφορά µορίων/ιόντων µέσω µεµβρανών (αντλίες και δίαυλοι). Αντλίες ιόντων που δρουν µέσω υδρόλυσης ΑTP και φωσφορυλίωσης. Αντλίες µε περιοχές κασέτας δέσµευσης ΑΤΡ. ευτερογενείς µεταφορείς: χρησιµοποιούν βαθµίδωση συγκέντρωσης ενός ιόντος για να µεταφέρουν άλλο ιόν-µόριο. ίαυλοι: µεταφέρουν ταχέως ιόντα δια µέσου µεµβρανών. ιακυτταρικοί δίαυλοι (χασµατοσυνδέσεις).

19 Πολύ Νa +,Ca ++ ευτερογενείς µεταφορείς (Πολύ ταχύτεροι) 3 Na + Αντιµεταφορέας Π.χ. ανταλλάκτης Na + -Ca ++ (3/1) Λίγο Νa +,Ca ++ 1 Ca ++ Νa+ Η + Γλυκόζη Λακτόζη Πολύ Νa +, λίγη γλυκόζη Συµµεταφορέας ιαπεράση της γλυκόζης (Νa + ) ιαπεράση της λακτόζης (H + )

20 Επίτευξη πολύ χαµηλής συγκέντρωσης Ca ++ στο κυττοσόλιο Αντιµεταφορέας Na + -Ca ++ Ca ++ ΑΤΡάση Na + -K + Na + Na + 0,1µΜ Ca µΜ Ca + Σαρκ. δίκτυο Ca ++ ATPάση Ca ++ Κύτταρο

21 Πολύ Νa +,Ca ++ ευτερογενείς µεταφορείς (Πολύ ταχύτεροι) 3 Na + Αντιµεταφορέας Π.χ. ανταλλάκτης Na + -Ca ++ (3/1) Λίγο Νa +,Ca ++ 1 Ca ++ Η + Λακτόζη Νa+ Γλυκόζη Πολύ Νa +, λίγη γλυκόζη Πολύ Η +, Λίγη λακτόζη! Συµµεταφορέας ιαπεράση της γλυκόζης (Νa + ) ιαπεράση της λακτόζης (H + )

22 Η δράση της διαπεράσης της λακτόζης της e. coli

23 Συµµεταφορέας γαλακτόζης-νa + Κρυσταλλική δοµήτουσυµµεταφορέα και οδοί εισόδου και εξόδου γαλακτόζης και Να +. Η µεταφορά τους επιτυγχάνεται µε τηνµετακίνηση των α-ελίκων της πρωτεΐνης.

24 Συνεργασία ΑΤΡασών και δευτερογενών µεταφορέων 12

25 Μεµβρανικοί δίαυλοι και αντλίες Ενεργός και παθητική µεταφορά µορίων/ιόντων µέσω µεµβρανών (αντλίες και δίαυλοι). Αντλίες ιόντων που δρουν µέσω υδρόλυσης ΑTP και φωσφορυλίωσης. Αντλίες µε περιοχές κασέτας δέσµευσης ΑΤΡ. ευτερογενείς µεταφορείς: χρησιµοποιούν βαθµίδωση συγκέντρωσης ενός ιόντος για να µεταφέρουν άλλο ιόν. ίαυλοι: µεταφέρουν ταχέως ιόντα δια µέσου µεµβρανών. ιακυτταρικοί δίαυλοι (χασµατοσυνδέσεις)

26 Β. ίαυλοι ιόντων ~1000 φορές ταχύτεροι ίαυλοι ελεγχόµενοι από προσδέµατα Τασεοελεγχόµενοι δίαυλοι 10 nm Υποδοχείς ακετυλοχολίνης

27 ίαυλοι ιόντων Υψηλή επιλεκτικότητα για ορισµένα µόνο ιόντα Βρίσκονται σε ανοιχτή και κλειστή κατάσταση Οι µεταπτώσεις µεταξύ ανοιχτής και κλειστής κατάστασης ελέγχονται Οι ανοιχτές µορφές των διαύλων συχνά µεταπίπτουν σε ανενεργές

28

29 Τρία παραδείγµατα διαύλων 1. Ελεγχόµενος από πρόσδεµα: υποδοχέας ακετυλοχολίνης (µεταδίδει νευρική ώση µεταξύ κυττάρων) 2 και 3. Τασεοελεγχόµενοι δίαυλοι Νa + και K + (µεταδίδουν τη νευρική ώση κατά µήκος της µεµβράνης ενός κυττάρου) Νευρική ώση = δυναµικό ενέργειας (ηλεκτρικό σήµα λόγω ροής ιόντων διαµέσου της µεµβράνης νευρικού ή µυϊκού κυττάρου)

30 Σύναψη µε νευροδιαβιβαστή [π.χ. ακετυλοχολίνη(achr)] 14

31 Εκπόλωση της µετασυναπτικής µεµβράνης µέσω του υποδοχέα ακετυλοχολίνης (AChR) ACh ACh Πολωµένη µετασυναπτική µεµβράνη (~ -75mV) AChR

32 Προσδιορισµός της δράσης ενός µόνο µορίου-διαύλου µε την τεχνική παγίδευσης τάσης µεµβρανικών τµηµάτων (patch-clamp) +ACh κλπ + ιόντα 13

33 Καταγραφή αλλαγών της αγωγιµότητας του διαύλου του υποδοχέα ακετυλοχολίνης Κλειστό Ανοικτό +ACh -ACh +ACh -ACh +ACh Ένα άνοιγµα = ~ ιόντα

34 Υποδοχέας ακετυλοχολίνης µε κλειστό δίαυλο α δ γ α β Συναπτική πλευρά Κυτταροπλασµατική πλευρά ιαλυτοποίηση, Αποµόνωση (χρωµατογραφία συγγένειας µε τοξίνες), Παρόµοιες υποµονάδες

35 Ο υποδοχέας ακετυλοχολίνης στα 4Å και η πιθανή πορεία των κατιόντων (N. Unwin) ACh

36 Η πρόσδεση της ακετυλοχολίνης προκαλεί αλλοστερικά άνοιγµα του πόρου του διαύλου του υποδοχέα L L

37 Άνοιγµα του πόρου του διαύλου του υποδοχέα ακετυλοχολίνης 18

38 2. Τασεοελεγχόµενοι δίαυλοι (Νa +, Κ + ) (για τη µετάδοση της νευρικής ώσης κατά µήκος της µεµβράνης του ίδιου κυττάρου)

39 Μετάδοση της νευρικής ώσης µεταξύ κυττάρων (µέσω του AChR) και κατά µήκος της µεµβράνης του ίδιου κυττάρου (µέσω των διαύλων Να +,Κ + ) ACh ACh Πολωµένη µετασυναπτική µεµβράνη (~ -75mV) AChR άνοιγµα γειτονικών διαύλων Να +,Κ + άνοιγµα γειτονικών διαύλων Να +,Κ + άνοιγµα γειτονικών διαύλων Να +,Κ + άνοιγµα γειτονικών διαύλων Να +,Κ + 15

40 Τασεοελεγχόµενος δίαυλος Νa + Τετροδοτοξίνη: προσδέτης του διαύλου Να +, χρήσιµη στην αποµόνωση και χαρακτηρισµό του διαύλου

41 O δίαυλος Νa + πόρος Κυτταρόπλασµα Αισθητήρες δυναµικού 20

42 Σύγκριση της αλληλουχίας ιοντικών διαύλων 21

43 Ηδοµή τουδιαύλουκ + Κάτοψη του πόρου Μία υποµονάδα 22

44 Η διαδροµή ιόντων διά µέσου του διαύλου Κ+ H 2 O K + H 2 O 23

45 Το φίλτρο επιλογής του διαύλου Κ+ 24

46

47 Ιδιότητες αλκαλικών κατιόντων

48 Η ενεργειακή βάση της ιοντικής επιλεκτικότητας διαύλου Κ + Το µεγάλο ιόν Κ + περνάει τον δίαυλο, ενώ.. το µικρότερο ιόν Νa + δεν περνάει!! Μικρή απόσταση Μεγάλη απόσταση 25

49 Το µεγάλο ιόν Κ + περνάει τον δίαυλο, ενώ το µικρό ιόν Νa + δεν περνάει τον δίαυλο

50 Το φίλτρο επιλογής του διαύλου Κ+

51 Το µοντέλοδύοθέσεωνστονδίαυλοιόντωνκ + για γρήγορη µεταφορά ιόντων Ταχέως 26

52 Απενεργοποίηση του διαύλου Κ + (το µοντέλο της σφαίρας και της αλυσίδας) 29

53 Απενεργοποίηση του διαύλου Καλίου Πέψη µε θρυψίνηή Αργή απενεργοποίηση + Γρήγορη απενεργοποίηση 28

54 Μεµβρανικοί δίαυλοι και αντλίες Ενεργός και παθητική µεταφορά µορίων/ιόντων µέσω µεµβρανών (αντλίες και δίαυλοι). Αντλίες ιόντων που δρουν µέσω υδρόλυσης ΑTP και φωσφορυλίωσης. Αντλίες µε περιοχές κασέτας δέσµευσης ΑΤΡ. ευτερογενείς µεταφορείς: χρησιµοποιούν βαθµίδωση συγκέντρωσης ενός ιόντος για να µεταφέρουν άλλο ιόν. ίαυλοι: µεταφέρουν ταχέως ιόντα δια µέσου µεµβρανών. ιακυτταρικοί δίαυλοι (χασµατοσυνδέσεις).

55 Χασµατοσυνδέσεις

56 Χασµατοσυνδέσεις 30

57 Χασµατοσύνδεση 6 συνδετίνες = 1 συνδετόνιο 2 συνδετόνια = 1 δίαυλος Ca ++ και Η + κλείνουν τους διαύλους 31

58 Χρήσεις των χασµατοσυνδετών Άµεση διακυτταρική επικονωνία Μεταφορά ιόντων και µέτριου µεγέθους µορίων (<1 kd) µεταξύ κυττάρων Θρέψη κυττάρων που απέχουν από τα αγγεία Απαραίτητοι στην ανάπτυξη και διαφοροποίηση

59 Μεµβρανικοί δίαυλοι και αντλίες Ενεργός και παθητική µεταφορά µορίων/ιόντων µέσω µεµβρανών (αντλίες και δίαυλοι). Αντλίες ιόντων που δρουν µέσω υδρόλυσης ΑTP και φωσφορυλίωσης. Αντλίες µε περιοχές κασέτας δέσµευσης ΑΤΡ. ευτερογενείς µεταφορείς: χρησιµοποιούν βαθµίδωση συγκέντρωσης ενός ιόντος για να µεταφέρουν άλλο ιόν. ίαυλοι: µεταφέρουν ταχέως ιόντα δια µέσου µεµβρανών. ιακυτταρικοί δίαυλοι (χασµατοσυνδέσεις)

60 Εκτός ύλης : έξω η 2 η και 3 η παραγρ : έξω η 2 η και 3 η παραγρ