Kanały jonowe i pompy błonowe

Jak badad przepływ jonów?

• Patch-clamp

• -zassanie powoduje ścisłe połączenie błony komórkowej z kapilarą (opornośd miedzy wnętrzem pipety a otaczającym roztworem = 10^9 omów) > prąd płynie tylko przez błonę; mikrosekundowa rozdzielczośd

• Układ całokomórkowy i oderwanej łatki

• Gęstośd kanałów w błonie zależna od rodzaju komórki i danego fragmentu błony tej komórki

Kanały błonowe Receptor acetylocholinowy

• 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

Długośd segmentów mielinowych (skoków) – 0,2-1 mm

Prędkośd przewodzenia 0,5-120 m/s

Szczelina synaptyczna 20-30nm

Szybkie kanały sodowe i potasowe

• Czas trwania impulsu nerwowego 3 - 5 ms

• Napięcie podczas depolaryzacji -60mV do +30mV

• Selektywnośd kanałów wynika z wąskiego, naładowanego przewężenia wewnątrz kanału (rzędu angstremów)

• Model kuli na łaocuchu

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 – przepuszczalnośd • 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 stężeo.

• 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)

a. rzekoma niedoczynnośd przytarczyc

b. cholera

c. 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

• specyficznośd • selektywnośd. • 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 pobudliwośd nerwową

• Otwierany w chwilach zagrożenia organizmu

• Wpływa na rozszerzenie naczyo krwionośnych

• Występuje m.in. w mięśniu sercowym

Pompa Na/K (ATP-aza)

Znaczenie kanałów

• Podział transportu:

1. Symport – razem w jedną stronę (np. glukoza i sód)

2. 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/_