Kanały jonowe i pompy błonowe

Kanały jonowe i pompy błonowe

Jak badać przepływ jonów? • Patch-clamp • -zassanie powoduje ścisłe połączenie błony komórkowej z kapilarą (oporność miedzy wnętrzem pipety a otaczającym roztworem = 10^9 omów) > prąd płynie tylko przez błonę; mikrosekundowa rozdzielczość • Układ całokomórkowy i oderwanej łatki • Gęstość kanałów w błonie zależna od rodzaju komórki i danego fragmentu błony tej komórki

Kanały błonowe Receptor acetylocholinowy Szybkie kanały sodowe i potasowe Czas trwania impulsu nerwowego 3 - 5 ms Napięcie podczas depolaryzacji -60mV do +30mV Selektywność kanałów wynika z wąskiego, naładowanego przewężenia wewnątrz kanału (rzędu angstremów) Model kuli na łańcuchu • 4 pA (1A = 6,24*10^18 e/s) • 25 mln jonów sodu/s • Przewodnictwo g=i/(V - Er), Er – potencjał, przy którym nie ma przepływu prądu • Otwarty przez 1 ms • Długość segmentów mielinowych (skoków) – 0,2-1 mm • Prędkość przewodzenia 0,5-120 m/s • Szczelina synaptyczna 20-30nm

Potencjał błonowy • Frakcja otwartych kanałów bramkowanych potencjałem • F=1/(1+e^(-zF[V – Vo]/RT)) • z – ładunek • F – stała Faradaya (9,648∙10^4 J/V∙mol • V – napięcie błony [V] • Vo – napięcie równowagi kanału • Równanie Goldmana • P – przepuszczalność • R – stała gazowa (8,314 J/mol∙K) • [X] – stężenie poszczególnego jonu (zewnątrz lub wewnątrz komórki)

Receptor jonowy (kanał jonowy bramkowany przekaźnikiem) • Sprzężony z kanałem jonowym działającym na zasadzie transportu biernego. • W części zewnątrzkomórkowej receptora znajduje się miejsce wiążące cząsteczkę sygnałową (ligand), w efekcie związania dochodzi do zmiany konformacji białek tworzących kanał jonowy. Przez otwarty kanał przenikają jony zgodnie z gradientem stężeń. • np. r. acetylocholinowy

Białka G (Białko N²) • białko adaptorowe dla receptora metabotropowego. • grupa polimorficznych białek, które charakteryzują się aktywnością GTP-azy.. • Rodzaje: Gq, Gi, Gs (cAMP, IP3, DAG) • rzekoma niedoczynność przytarczyc • cholera • krztusiec

Receptor NMDA • NMDA (N-metylo-D-asparaginian) –związany z kanałem jonowym przepuszczalnym dla Ca2+, Na+) i K+ • zlokalizowany w synapsach • Zapamiętywanie i zapominanie • Procesy warunkujące te zmiany: długotrwałe wzmocnienie synaptyczne (LTP – long-term potentiation) oraz długotrwałe tłumienie synaptyczne (LTD – long-term depression)

Receptory Metabotropowe • receptory muskarynowe • receptory histaminowe • receptory GABA-B • receptory adenozynowe • adrenergiczne α i β • dopaminowe D1, D2 • melatoninowe Mel1 • serotoninowe 5-HT1, 5-HT2 • Opioidowe μ, δ i κ • receptory kannabinoidowe CB1, CB2

Kanał receptora Ach • specyficzność • selektywność. • poryny -zwykle brak specyficzności • trzy pierścienie ujemnie naładowanych reszt aminokwasowych • Jeden znajduje się w rejonie transmembranowym poru, a pozostałe dwa otaczają wejścia, dzięki czemu odpychane są aniony, a chętnie przyciągane kationy • Dla kanałów anionowych (Cl) zwykle jest odwrotnie.

Kanały bramkowane potencjałem • wrażliwością na zmiany potencjału błony • kanały reagujące na bodźce depolaryzujące i hiperpolaryzujące • Elementem czułym na zmianę potencjału jest fragment białka naładowany elektrycznie. Jest to czujnik potencjału • kanały potasowe, sodowe oraz wapniowe

Otwierane naprężeniem błony • Otwarcia lub zamknięcia są kontrolowane przez siłę mechaniczną działająca bezpośrednio na elementy kanału • specyficzne dla kationów. narząd słuchowy Cortiego siła wystarczająca do otwarcie 2×10-13 N. Wychylanie się stereocilii o 0,04 nm.

Otwierane mechanicznie (Ryr) • Występowanie: błona komórkowa mięśni • kanały DHP i ryanodowe • Ca2+

Kanał potasowy związany z receptorem β • Wpływ na pobudliwość nerwową • Otwierany w chwilach zagrożenia organizmu • Wpływa na rozszerzenie naczyń krwionośnych • Występuje m.in. w mięśniu sercowym

Pompa Na/K (ATP-aza)

Znaczenie kanałów • Podział transportu: • Symport – razem w jedną stronę (np. glukoza i sód) • Antyport – w przeciwnym kierunku (wymienniki jonowe np. K/H w żołądku)

Bibliografia • L. Stryer, Biochemia, PWN, Warszawa 2000 • S. Konturek, T. Brzozowski, Fizjologia człowieka, WUJ 2003 • T. Cichocki, J. A. Litwin, J. Mirecka, Kompedium histologii, WUJ 2002 • http://kf.sggw.pl/nauka/kanaly-jonowe/ • http://www.mitochondria.home.pl/profile_pl.php • http://www.mp.pl/artykuly/?aid=8849 • http://www.zgapa.pl/zgapedia/data_pictures//1.bp.blogspot.com/_

Kanały jonowe i pompy błonowe