Loengud 7. Membraanid, nende struktuur ja omadused. Membraantransport. Biosignaali ülekanne. Membraansed lipiidid Fosfolipiidid Glükolipiidid Kolesterool 16 17 Glütserofosfolipiidid kui fosfatidaadid Glütserooli, mille 2 esimest süsinikku on esterdatud rasvhappe jääkidega ja kolmas fosfaadiga, nimetatakse fosfatiidhappeks, selle jääki sisaldavaid ühendeid fosfatidüülestriteks ehk fosfatidaatideks Fosfolipiide lagundavad spetsiaalsed ensüümid - fosfolipaasid 18 19 1
Sfingolipiidid 2 Steroidid Steroidid on ühendid, mis sisaldavad 4 tsüklist koosnevat steraanituuma Steroidide hulka kuuluvad membraanilipiidid (kolesterool), steroidhormoonid,, sapphapped Steraanituumas hüdroksüülrühma ja pikka süsivesinik-ahelat sisaldavaid steroide nimetatakse steroolideks. Steroolid on muude steroidide sünteesi vaheühendiks. 1 10 11 9 8 12 13 14 17 16 15 Kolesterool 20 3 4 5 6 7 21 Membraansed lipiidid on amfipaatilised molekulid, millel on nii hüdrofiilsed kui hüdrofoobsed omadused Lipiidne kaksikkiht mitsell kaksikkiht liposoom 22 23 2
Membraanide stabiilsus ja lipiidide mobiilsus Integraalsed ja assotseerunud membraansed valgud Flipp- Flopp üleminek 24 25 Membraanides on valgud põhiliselt α spiraalina α-spiraal Kõrvalahelad on pööratud spiraalist välja 26 27 3
Glükoforiin kui integraalne valk Bakteriorodopsiin 20 AH gruppide hüdrofoobsus 28 29 Membraantransport Passiivne transport Keemiline gradient Membraantranspordi käigus tekitatakse või kaotatakse aine gradient Keemiline gradient Elektriline gradient Membraanpotensiaal, Vm Elektriline gradient Membraanpotensiaal, Vm Keemiline gradient + elektriline gradient = = ELEKTORKEEMILINE POTENSIAAL 30 Keemiline gradient + elektriline gradient = = ELEKTORKEEMILINE POTENSIAAL 31 4
Membraantransport Rakke ümbritsevad poolläbilaskvad membraanid 1. Vabanemine hüdrateeritud ümbrisest 2. Lipiidse kaksikkihi hüdrofoobse ala läbimine 3. Hüdrateerumine Membraanid on läbitavad enamusele mittepolaaarsetele molekulidele O 2, N 2, CH 4, NO läbivadmembraani difusiooni teel (mittepolaarsed ühendid) H 2 O difundeerib suure kontsentratsiooni (55M) tõttu 32 33 Membraanid on ioonidele ja enamusele polaarsetele molekulidele läbitamatud. Glükoosi transport Glükoos P membraanide läbilaskvuskoefitsent Glükoosi transporter GluT1 Polaarsete molekulide jaoks on TRANSPORTVALGUD ja IOONKANALID 34 35 5
Glükoosi transport Aktiivne membraantransport Gradiendi tekitamiseks kulub energiat Gradiendi tekitamise energia (neutraalsed molekulid): G t =RT ln (C 2 /C 1 ) kui C 2 /C 1 =10, G t = 5.7 kj/mol k Sout + T SoutT SinT Sin + T V 0 k 1 1 V = K max t + k k 2 2 [ S ] out [ S ] out k k 3 3 Transporter viib gradiendi kadumisele 36 Ioonide puhul lisandub elektriline potensiaal G t =RT ln (C 2 /C 1 ) + ZF ψ, kus : Z iooni laeng F Faraday arv (96480 J/V mol) ψ membraani potensiaal (V) ATP hüdrolüüsil 31 kj/mool 37 Aktiivne membraantransport Gradiendi tekitamiseks kulutatakse ATP hüdrolüüsi energiat P tüüpi ATPaasid Na + K + ATPaasid Ca 2+ ATPaasid Primaarne aktiivne transport Sekundaarne aktiivne transport 38 39 6
Ca 2+ P tüüpi ATPaas 1. ATP ja 2Ca 2+ seostumine E 1 olekusse 2. P domääni fosforüleerumine 3. Konformatsiooni muutus E 2 olekusse 4. 2Ca 2+ vabanemine 5. Fosfaadi hüdrolüüs 6. Konformatsiooni muutus E 1 olekusse V ja F tüüpi ATPaasid V tüüpi ATPaas Prootonpump, mis tekitab ph gradiendi taimedes F tüüpi ATPaas Pöördreaktsioon: ATP süntaas 40 41 Sekundaarne membraantransport võib toimuda mõlemas suunas: Antiporter ja sümporter Na + -glükoosi sümporter kui sekundaarne transporter Na + ja H + gradient on paljude sekundaarsete transporterite energiaallikas, mis võimaldab viia rakku väga erinevaid molekule 42 43 7
Ioonkanalid on kiiremad kui pumbad/transporterid nachr on ioonkanal, mis avaneb 0.1 ms jooksul ja viib postsümaptilise membraani depolarisatsioonile Erinevus transporteritest: väga kiire (10 7 10 8 iooni/kanal. s) ei ole küllastatav seotud rakusisese sündmusega: ligand-reguleeritud kanal depolarisatsioon-reguleeritud kanal Tuntuim ligand-sõltuv ioonkanal: Nikotiinne atsetüülkoliini retseptor 1 kanali on voolutugevus membraanipotensiaali 100mV juures 4 pa 1 A = 6.24 10 18 laengut 4 pa = 2.5 10 7 iooni/sekundis 44 45 Ligand-reguleeritud kanalid Ioonkanalitega signaali ülekandel positiivne tagasiside 2ACh 46 47 8
Kanali avavad potensiaali-tundlikud sensorid 2/3 kanalist läbib K + solvateeritult 3 Å filtri desolvateeritult 48 49 Depolarisatsioonist sõltuv ioonkanal Puhkeolekus membraanide potensiaal 60 mv Potensiaali langedes alla 40 mv avaneb Na + kanal, mis viib täiendavale potensiaali vähenemisele ja uute kanalite avanemisele: POSITIIVNE TAGASISIDE Potensiaalil +30 mv sulgub Na + kanal ja avaneb K + kanal, mis taastab puhkeoleku potensiaali: -60 mv K + kanalis on K + /Na + selektiivsus 100 korda Kanalis on filter, mis laseb läbi kuni 1.5Å raadiusega ioone 50 51 9
K + kanalis on K + /Na + selektiivsus 100 korda Kanalis on filter, mis laseb läbi kuni 1.5Å raadiusega ioone Na + kanali selektiivsuse määrab kanali diameeter Na + on liiga väike, et desolvateeritult moodustada efektiivset kompleksi K + kanali karbonüülrühmadega 52 53 Signaalülekanne spetsiifilisus võimendumine Retseptorid desensitisatsioon/ adaptsioon integreeritus 1. Ioonkanalid ja ligand-sõltuv ioon-kanalid (nikotiinne retseptor) 2. 7 transmembraanse domääniga, G valguga seotud retseptorid (adrenergiline, muskariinne retseptor) 3. Retseptor-ensüümid, mille alaühikutel on üks transmembraanne domään (insuliini retseptor) 4. Transkriptsiooni faktori retseptorid (Raku tuuma steroidide retseptorid, mis reguleerivad geenide funktsioone) 54 55 10
Insuliini retseptor kui retseptorensüüm Valgu fosforüleerimine kui peamine füsioloogilise stimulatsiooni regulaator Seriin-treoniin kinaasid Türosiin kinaasid Fosforüleerimine valkudes: Ser 95 % Thr 3-44 % Tyr 1 % 56 57 Hormoon põhjustab retseptori dimerisatsiooni Retseptorite dimerisatsioon viib kinaaside ristfosforüleerimisele Fig. 15.25 58 59 11
Insuliini retseptor kui retseptorensüüm G valkudega seotud retseptori kompleks Virgatsaine Retseptor Drug & Market Development estimates that: 70% of all drugs G valk marketed worldwide Efektorvalgud are targeted against known GPCRs. Sekundaarsed virgatsained camp, cgmp, Ca 2+, PI, AA, NO Erinevad bioloogilised vastused 60 61 G valguga seotud retseptorid Virgatsaine seostub retseptorvalguga, muutes selle konformatsiooni 50% ravimitest on suunatud G valguga seotud retseptoritele 10 G valguga seotud retseptoritele suunatud ravimit on 50 enimmüüdud ravimi seas maailmas. G valguga seotud retseptoritele suunatud ravimeid müüakse aastas rohkem kui 23 500 000 000 $ eest. Fang. et.al. DDT 2003 62 63 12
Retseptor vahendab signaali rakku G valgu kaudu Resteptor moodustab G valguga suure kompleksi Ioonkanalid Adenülaattsüklaas Fosfolipaas C Fosfolipaas A 2 Fosfodiesteraas Grishina et. al. 2000 64 65 Sõltuvalt süsteemist aktiveeritud G valk: G valguga seotud retseptorite efektorsüsteem sõltub G valgust aktiveerib adenülaadi tsüklaasi inhibeerib adenülaadi tsüklaasi aktiveerib inositool fosfaadi metabolismi 66 67 13
Adenülaadi tsüklaas katalüüsib ATP-st camp teket Signaali adenülaadi tsüklaasile annab aktiveeritud G valk Adenülaadi tsüklaas 68 69 Tsükliline AMP kui sekundaarne virgatsaine aktiveerib proteiin kinaas A Inaktiivne PK A Aktiivne PK A Signaali võimendumine adrenergilise retseptori poolt Virgatsaine 1 molekul Aktiv. retseptor 1 molekul camp 40 molekuli PK A 10 molekuli Fosforülaas b kinaas 100 molekuli Glükogeen fosforülaas a 1000 molekuli Glükoos 1-fosfaat 10 000 molekuli Glükoos 10 000 molekuli 70 71 14
SÜGISSEMESTRIL Üldine NEUROKEEMIA FKOK.02.014 KEVADSEMESTRIL Sissejuhatus RETSEPTOROLOOGIASSE FKOK.02.001 prof. Ago Rinken kh. 307, ago@ut.ee prof. Jaanus Harro T78-348, jharro@ut.ee 72 prof. Ago Rinken kh. 307, ago@ut.ee 73 15