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 błonoweReceptor 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 Długość segmentów

mielinowych (skoków) – 0,2-1 mm

Prędkość 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

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

• Model kuli na łańcuchu

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)

a. rzekoma niedoczynność 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• 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: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/_