A sejtek közötti kommunikáció módjai és mechanizmusa kommunikáció a szomszédos vagy a távoli sejtek között intracellulári jelátviteli folyamatok
A kommunikáció módjai szomszédos sejtek esetén autokrin és parakrin közvetlen kapcsolat gap junctions
A kommunikáció módjai távoli sejtek esetén endokrin idegi neurendokrin
Intracellulári jelátviteli folyamatok extracelluláris ligandok ioncsatornák
Ioncsatornák kis méretű, nagy szelektivitású protein komplexek ionok és víz molekulák transzportja nagy transzport sebesség a transzport gradiens irányába megy nem igényel energiát
Az ioncsatorna általános felépítése (struktúra) a membrán integráns fehérjéi több alegységből felépülő komplex molekulák - 2-6 alegység - 2-24 transzmembrán szegmentum a szegmentumokat összekötő hurkok (loop) a felelősek a regulációért és a fehérje-fehérje kölcsönhatásokért α helix alkotja a pórust - a csatorna pórusa töltéssel rendelkező oldalláncokkal bélelt szelektivitási filter szerkezetileg számos, eltérő családot alkotnak nincs mindíg nyitva = eltérő kapuzási mechanizmus
Az ioncsatornákat kódoló gének egy csatorna több gén terméke a csatornát kódoló géneknek több másolata is lehet a csatorna homológiák az általános strukturális felépítésen alapulnak és nem az ion szelektivitáson.
Az ioncsatorna tulajdonságai: 1. szelektivitás 2. kapuzás 3. aktiváció
1. szelektivitás: mi tud átjutni a csatornán? függ a pórus méretétől a pórust bélelő töltésektől - nem szelektív különböző ionok (kation, anion) kis szerves molekulák - töltés-szelektív csak ionok számára átjárható - ion-specifikus specifikus egy adott ionra
a csatorna pórusa töltéssel rendelkező oldalláncokkal bélelt (kation-szelektív csatorna negatívan töltött) a pórusban töltéseket változtatva, megváltozik a szelektivitás (pl. kation anion) a pórus régióban bekövetkező mutáció megváltoztatja a szelektivitást a specifikus kötőhely diszkriminál hasonló ionok között is (pl. Na + és K + ) csak a feszültség-függő ioncsatornák rendelkeznek nagyfokú szelektivitással. 1. A szelektivitási filter olyan transzmembrán hélixek, amelyek egymás mellett helyezkednek el a citoplazmatikus oldalon egy ion szűrőt formál tökéletes illeszkedés a nagy szelektivitású csatornákon az ionok dehidrált formában jutnak át A hidratált ionok rádiusza: K + < Na + << Ca 2+
2. Kapuzás, a csatorna működés szabályozása rövid távú szabályozás - kapuzás (gating) állandóan nyitott állapot két diszkrét állapot zárt, nyitott állapotok nyitott (vezetőképes) zárt (nincs vezetés)
2. Kapuzás, a csatorna működés szabályozása rövid távú szabályozás - kapuzás (gating) állandóan nyitott állapot két diszkrét állapot zárt, nyitott állapotok nyitott (vezetőképes) zárt (nincs vezetés) több diszkrét állapot zárt, nyitott, inaktív állapotok (=nyitott állapot de nem vezet) a csatorna struktura vagy externális részecske blokkolja a nyitott csatornát az állapotok közötti átmenetek feszültség és idő függőek hosszú távú expresszió - A sejtek a funkciójuktól függően különböző csatorna fehérjéket expresszálnak a csatorna expresszió szabályozható C O I
2. Mitől függ a csatorna kapuzása? nem kapuzó csatorna - mindíg nyitva van kapuzó csatornák feszültség különbség ligand mechanikai inger, hő (hőingadozás ) zárt nyitott
A csatorna nyitása és záródása, modellek A kapuzás mechanizmusai: a csatorna fehérjék konformáció változása felelős a pórus nyitásáért, záródásáért a fehérjék 3D strukturáját az atomi, elektromos és hidrofób erők alakítják az energiát, ami a proteinek konformáció változásához szükséges, a kapuzást előidéző okok biztosítják a csatorna egyes régióinak konformációváltozása a csatorna általános strukturális változása a csatorna pórusát blokkoló molekularész
3. Csatorna-aktiváció neurotranszmitterek, hormonok foszforiláció - intracelluláris jelátviteli kaszkádok feszültség a membrán disztorziója
Az ioncsatornák osztályozása - a kapuzás alapján: kapuzó nem-kapuzó - a csatorna megnyílását kontrolláló hatások szerint ligand-vezételt csatornák feszültség-vezérelt csatornák stretch aktivált csatornák - lokalizációjuk alapján: felszíni mebránban elhelyezkedő csatornák intracelluláris membránban elhelyezkedő csatornák intercelluláris csatornák - ionszelektivitás alapján: K +, Na +, Ca 2+, Cl - stb. - a csatornákat kódoló gének alapján Kir, K v, Ca v stb.
Feszültség-függő nátrium csatorna szerkezete - 4 homológ domain - 6 transzmembrán szegment/domain S4 transzmembrán szegment a feszültség szenzor - a II. és IV. domén közötti hurok (IG) a csatorna inaktivációs "kapuja" - a csatorna porusa 1.2 nm széles, ami a csatornán belül 0,3-0,5 nm-re szűkül
Feszültség vezérlés (Voltage gating) A csatorna a membránpotenciál változás hatására nyílik nyitott, inaktív és zárt állapotai vannak specifikus egy adott ionra hasonló domén struktúrával rendelkeznek pozitív töltéssel rendelkező oldalláncok (Lys, Arg) érzékelik a membránpotenciál változását (voltage sensor). hiperpolarizált (IC negatív ) : a kapu zárva van depolarizált (IC pozitív): a kapu nyitva van
Feszültség vezérelt csatornák nátrium : I, II, III, µ1, H1, PN3 kálium : K A, K v (1-5), K v (r), K v (s),k SR, BK Ca, IK Ca, SK Ca, K M, K ACh, Kir kalcium: L, N, P, Q, T klorid: ClC-0 - ClC-8
A ligand vezérelt csatorna - olyan ioncsatorna, amelyik neurotranszmitter kötőhellyel rendelkezik (IC vagy EC) - nem szelektív ioncsatornák - a ligand kötődése a receptor szerkezetének konformáció változását idézi elő, amely hatására a csatorna vezetőképessé válik. - néhány csatorna kettős vezérléssel rendelkezik, pl. NMDA receptorok, glutamát és depolarizáció kell a megnyílásához - az ionáram megváltoztatja a csatorna közelében a membránpotenciált, ami feszültség-függő csatornákat aktiválhat
Elektrotónusos potenciál Ligand 1 Ligand 1 1.0 µm L1 0.1 µm L1 0.01 µm L1 0.1 µm L2 dekrementális terjedés
A ligand-vezérelt ioncsatorna családok jellemzői N-teminális ligand-kötő domain hidrofób intramembrán domének (M1-M4) töltéssel rendelkező pórus-bélelő domainek (M2) nagy intracelluláris loop az M3 és M4 domainek között
Ligand-vezérelt ioncsatornák = ionotróp receptorok receptor purinerg receptorok ligand ATP Cys-loop receptorok izom típusú nachr neuronális típusú nachr szerotonin 5-HT3R GABA A R glicin R ACh ACh szerotonin GABA glicin glutamát receptorok kainát AMPA NMDA glutamát, glicin
Extracelluláris ligand-vezérelt csatornák nicotin AChR (izmok): α 2 βγδ (embryonic), α 2 βεδ (adult) nicotin AChR (neuronalis): α(2-10), β(2-4) glutamate: NMDA, kainate, AMPA P2X (ATP) 5-HT 3 GABA A : α(1-6), β(1-4), γ (1-4), δ, ε, ρ(1-3) Glycine
Intracelluláris ligand-vezérelt csatornák leukotriene C4-gated Ca2+ ryanodine receptor Ca2+ IP3-gated Ca2+ IP4-gated Ca2+ Ca2+-gated K+ Ca2+-gated nonselective cation Ca 2+ -gated Cl camp cation cgmp cation camp chloride ATP Cl volume-regulated Cl arachidonic acidactivated K + Na + -gated K +
Stretch aktivált csatornák -kevéssé általános formája a csatorna szabályozásnak -a csatorna megnyílását a membrán disztorziója okozza - a szenzoros idegekre jellemző, pl tapintás - a nyomás a bőrön az idegvégződések disztorzióját okozza, aminek hatására megnyílnak a strech-aktivált csatornák - megváltozik a membránpotenciál, ami a Na + csatornák aktiválódásán keresztül akciós potenciált vált ki
ION PUMPÁK Az elektrokémiai grádiens ellenében transzportálják az ionokat strukturális különbségek eltérő funció strukturálisan hasonló hasonló funkció P-típusú V-típusú F-típusú ststrukturális különbségek eltérő funció
P-típusú pumpa -a legegyszerübb struktúráju pumpa -4 alegység, 2 α és 2 β - foszforilállódik (pl. a pumpa foszofrilálódása biztosítja az ionmozgatáshoz az energiát) -számos ion transzportját végzik (pl. kalcium, kálium, nátrium)
A Ca 2+ ATP-áz katalítikus ciklusa A kalcium-kötő forma foszforilációja szolgáltatja a transzporthoz az energiát. citoplazmatikus oldal lumen
F-típusú pumpa - komplex struktúra - ATP termelésben vesz részt - mitokondriumokban és kloroplasztokban fordul elő -proton pumpa
V- típusú pumpa - komplex struktúra (leglább 7 különböző fehérje alkotja számos alegységből áll) - nem foszforilálódik, közvetlenül az ATP energiáját használja fel - protonpumpa
Pumpaműködés szabályozása 1. a pumpafehérjék számának változása - hormonok fehérjeszintézis - dopamin csatorna traffiking 2. a pumpa aktivitásának módosítása - a membrán két oldalán lévő ionkoncentrációk - ATP, ADP, P i - membránpotenciál - camp-függő PKA, PKC -ph - kis horhonyzó fehérjék (ankyrin, adducin)