Debreceni Egyetem Orvos- és Egészségtudományi Centrum Biofizikai és Sejtbiológiai Intézet

Hasonló dokumentumok
Az ioncsatorna fehérjék szerkezete, működése és szabályozása. A patch-clamp technika

a. Nyugalmi potenciál b. Transzport proteinek c. Akciós potenciál. Nyugalmi potenciál. 3 tényező határozza meg:

Egy idegsejt működése. a. Nyugalmi potenciál b. Transzport proteinek c. Akciós potenciál

Membránpotenciál, akciós potenciál

IONCSATORNÁK. I. Szelektivitás és kapuzás. III. Szabályozás enzimek és alegységek által. IV. Akciós potenciál és szinaptikus átvitel

Az idegsejt elektrokémiai és

Érzékszervi receptorok

Membránpotenciál. Nyugalmi membránpotenciál. Akciós potenciál

Nyugalmi potenciál, akciós potenciál és elektromos ingerelhetőség. A membránpotenciál mérése. Panyi György

Membránszerkezet, Membránpotenciál, Akciós potenciál. Biofizika szeminárium

Sejtek membránpotenciálja

Szívelektrofiziológiai alapjelenségek. Dr. Tóth András 2018

Transzportfolyamatok a biológiai rendszerekben

Termodinamikai egyensúlyi potenciál (Nernst, Donnan). Diffúziós potenciál, Goldman-Hodgkin-Katz egyenlet.

Az ingerületi folyamat sejtélettani alapjai

Membránszerkezet Nyugalmi membránpotenciál

Gyógyszerészeti neurobiológia. Idegélettan

CELLULÁRIS SZÍV- ELEKTROFIZIOLÓGIAI MÉRÉSI TECHNIKÁK. Dr. Virág László

Elektrofiziológiai alapjelenségek 1. Dr. Tóth András

A sejtek közötti kommunikáció módjai és mechanizmusa. kommunikáció a szomszédos vagy a távoli sejtek között intracellulári jelátviteli folyamatok

Membránszerkezet. Membránszerkezet, Membránpotenciál, Akciós potenciál. Folyékony mozaik modell. Membrán-modellek. Biofizika szeminárium

IONCSATORNÁK. Osztályozás töltéshordozók szerint: pozitív töltésű ion: Na+, K+, Ca2+ negatív töltésű ion: Cl-, HCO3-

A szívizom akciós potenciálja, és az azt meghatározó ioncsatornák

In vitro elektrofiziológiai technikák Mike Árpád

Egy idegsejt működése

a. Szinaptikus jelátvitel b. Receptorok c. Szignál transzdukció neuronokban d. Neuromoduláció. Szinaptikus jelátvitel.

Intracelluláris ion homeosztázis I.-II. Február 15, 2011

A membránpotenciál. A membránpotenciál mérése

Az idegsejtek kommunikációja. a. Szinaptikus jelátvitel b. Receptorok c. Szignál transzdukció neuronokban d. Neuromoduláció

A szívizomsejt ioncsatornái és azok működése

MEMBRÁNSZERKEZET, MEMBRÁNPOTENCIÁL, AKCIÓS POTENCIÁL. Biofizika szeminárium

BIOFIZIKA. Membránpotenciál és transzport. Liliom Károly. MTA TTK Enzimológiai Intézet

Az idegi működés strukturális és sejtes alapjai

A Sejtmembrán Szerkezete Nyugalmi Membránpotenciál

Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen

Ex vivo elektrofiziológia. Élettani és Neurobiológiai Tanszék

A sejtek közöti kommunikáció formái. BsC II. Sejtélettani alapok Dr. Fodor János

Elektrofiziológiai alapjelenségek 1. Dr. Tóth András

Bari Ferenc egyetemi tanár SZTE ÁOK-TTIK Orvosi Fizikai és Orvosi Informatikai Intézet

Ex vivo elektrofiziológia. Élettani és Neurobiológiai Tanszék

A Sejtmembrán Szerkezete Nyugalmi Membránpotenciál

KÉSZÍTETTE: BALOGH VERONIKA ELTE IDEGTUDOMÁNY ÉS HUMÁNBIOLÓGIA SZAKIRÁNY MSC 2015/16 II. FÉLÉV

1. Mi jellemző a connexin fehérjékre?

ÖSSZ-TARTALOM 1. Az alapok - 1. előadás 2. A jelutak komponensei 1. előadás 3. Főbb jelutak 2. előadás

Jelutak ÖSSZ TARTALOM. Jelutak. 1. a sejtkommunikáció alapjai

Idegsejtek közötti kommunikáció

CELLULÁRIS SZÍV- ELEKTROFIZIOLÓGIAI MÉRÉSI TECHNIKÁK. Dr. Virág László

NÖVÉNYGENETIKA. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

Potenciálok. Elektrokémiai egyensúly

A harántcsíkolt izom struktúrája általános felépítés

AZ IDEGSEJTEK KÖZTI SZINAPTIKUS KOMMUNIKÁCIÓ Hájos Norbert. Összefoglaló

Dr. Csanády László: Az ioncsatorna-enzim határmezsgye: egyedi CFTR és TRPM2 csatornák szerkezete, működése c. MTA doktori értekezésének bírálata

Az akciós potenciál (AP) 2.rész. Szentandrássy Norbert

klorid ioncsatorna az ABC (ATP Binding Casette) fehérjecsaládba tartozik, amelyek általánosságban részt vesznek a gyógyszerek olyan alapvetı

Ioncsatorna szerkezetek

A nyugalmi potenciál megváltozása

2. A jelutak komponensei. 1. Egy tipikus jelösvény sémája 2. Ligandok 3. Receptorok 4. Intracelluláris jelfehérjék

Jelutak. 2. A jelutak komponensei Egy tipikus jelösvény sémája. 2. Ligandok 3. Receptorok 4. Intracelluláris jelfehérjék

A Kv1.3 ioncsatorna szerepe a T sejt aktivációban

BIOFIZIKA I OZMÓZIS Bugyi Beáta (PTE ÁOK Biofizikai Intézet) OZMÓZIS

Szívelektrofiziológiai alapjelenségek 2. Dr. Tóth András 2018

ÖSSZ-TARTALOM. 1. Az alapok - 1. előadás 2. A jelutak komponensei 1. előadás 3. Főbb jelutak 2. előadás 4. Idegi kommunikáció 3.

Elektrofiziológiai alapjelenségek. Dr. Tóth András

- Csatornák pumpák - Ellenállás kondenzátor komponens - Fordulási-, membrán potenciál. ellenállás. kondenzátor

Transzportfolyamatok a biológiai rendszerekben

Zárójelentés OTKA K 60740: K + csatornák és a T sejt receptor jelátvitelének kapcsolata Dr. Panyi György

(1) A T sejtek aktiválása (2) Az ön reaktív T sejtek toleranciája. α lánc. β lánc. V α. V β. C β. C α.

Transzporterek vizsgálata lipidmembránokban Sarkadi Balázs MTA-SE Molekuláris Biofizikai Kutatócsoport, MTA-TTK Budapest

A szív élettana. Aszív élettana I. A szív pumpafunkciója A szívciklus A szívizom sajátosságai A szív elektrofiziológiája Az EKG

MULTICELLULÁRIS SZERVEZŐDÉS: SEJT-SEJT (SEJT-MÁTRIX) KÖLCSÖNHATÁSOK 1. Bevezetés (2.)Extracelluláris mátrix (ECM) (Kollagén, hialuron sav,

S-2. Jelátviteli mechanizmusok

A diffúzió leírása az anyagmennyiség időbeli változásával A diffúzió leírása a koncentráció térbeli változásával

Biológiai membránok és membrántranszport

A T sejt receptor (TCR) heterodimer

Ujfalussy Balázs Idegsejtek biofizikája Harmadik rész

Ioncsatorna funkciók mérése in vitro körülmények között. Dr. Nagy Norbert Tudományos munkatárs SZTE Farmakológiai és Farmakoterápiai Intézet

A plazmamembrán felépítése

Sejt - kölcsönhatások az idegrendszerben

OZMÓZIS. BIOFIZIKA I Október 25. Bugyi Beáta PTE ÁOK Biofizikai Intézet

Válaszok Dr. Panyi György Professzor kérdéseire

A sejtek membránpotenciálja (MP)

Membrántranszport. Gyógyszerész előadás Dr. Barkó Szilvia

Folyadékkristályok; biológiai és mesterséges membránok

Transzportfolyamatok a biológiai rendszerekben

OZMÓZIS, MEMBRÁNTRANSZPORT

Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen

Ca 2+ Transients in Astrocyte Fine Processes Occur Via Ca 2+ Influx in the Adult Mouse Hippocampus

9. előadás Sejtek közötti kommunikáció

Szignáltranszdukció Mediátorok (elsődleges hírvivők) az információ kémiailag kódolt

A transzportfolyamatok és a sejtek közötti kommunikáció

-Két fő korlát: - asztrogliák rendkívüli morfológiája -Ca szignálok értelmezési nehézségei

Biofizika I. DIFFÚZIÓ OZMÓZIS

A somatomotoros rendszer

FESZÜLTSÉG-FÜGGŐ IONCSATORNÁK KAPUZÁSA ÉS KÖLCSÖNHATÁSA SKORPIÓ TOXINOKKAL

Transzportfolyamatok a biológiai rendszerekben

NÖVÉNYGENETIKA. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

Membránok, nanopórusok, ioncsatornák és elektrokémiai kettősrétegek tulajdonságainak vizsgálata számítógépes szimulációkkal

Érzékelési folyamat szereplői. Az érzékelés biofizikájának alapjai. Receptor felépítése. Az inger jellemzői MILYEN? HOL? MENNYI? MEDDIG?

Hodkin-Huxley formalizmus.

SEMMELWEIS EGYETEM. Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatócsoport. Zrínyi Miklós

Átírás:

Debreceni Egyetem Orvos- és Egészségtudományi Centrum Biofizikai és Sejtbiológiai Intézet Az ioncsatorna fehérjék szerkezete, működése és szabályozása Panyi György www.biophys.dote.hu Mesterséges membránok ionok számára átjárhatatlanok 1

Iontranszport a membránon keresztül extracelluláris citoszolikus zárt nyitott ATP ADP+P i ATP-függő pumpa ioncsatorna transzporter 10 0-10 3 ion/s 10 7-10 8 ion/s 10 2-10 4 ion/s Az ioncsatorna egyszerűsített működési modellje: hajtóerő + nyitott kapu ionáram 2

Az elektrokémiai gradiens és a vezetőképesség határozza meg az ionáram nagyságát és irányát egyensúly esetén nincs nettó áram [ ] o =5 mm ha nincs egyensúly nettó áram [ ] o =5 mm E m E m E K [ ] i =140 mm RT [K ] ln zf [K ] T= 37 o C, z=1 i o E m I = G(E m E K )= 0 89 mv [ ] i =140 mm RT [K ] i EK ln 89 mv zf [K ] E m = 60 mv I = G(E m E K ) 0 o Az egyedi ioncsatorna áramok néhány pa (10-12 A) nagyságrendűek Két csatorna szimultán nyitása Membránpotenciál nyitott zárt 3

Az ioncsatornák osztályozása Kapuzás szerint megfelelő inger hatására bekövetkező konformáció változás a fehérjében, mely a csatornák különböző állapotaihoz vezet (pl. zárt, nyitott, inaktivált állapotok). Szelektivitás alapján csak bizonyos fajta ion (vagy ionok) számára átjárható a pórus (pl. nagy szelektivitású, kis szelektivitású, és nem szelektív csatornák). Kapuzás I. A csatornák felosztása a nem vezető (zárt) és vezető (nyitott) állapot közötti átmenetet kiváltó inger alapján: feszültség kapuzott a membránpotenciál megváltozása (pl. idegsejtek depolarizáció aktiválta és Na + csatornái). ligand kapuzott a ligand bekötődése az extracelluláris oldalon (p.l ideg-izom kapcsolatban az acetikolin receptor). i.c hírvivő molekula által kapuzott a ligand bekötődése az intracelluláris oldalon (pl a Ca 2+ aktiválta csatorna). membrán feszülés által kapuzott ( stretch gated ) a membrán feszülése (pl. limfociták térfogatszabályzásában Cl csatornák nyitása). 4

+ + + A feszültség kapuzott ioncsatornák főbb szerkezeti elemei extracelluláris citoszolikus feszültség érzékelő pórust alkotó S5-S6 hurok α α α α NH 2 pórust kialakító domén feszültség érzékelő domén pórust alkotó S5-S6 hurok szelektivitási szűrő extracelluláris citoszolikus S4 + + + S6 S6 S4 S4-S5 kapcsoló kapu Kapuzás II. Az ioncsatornák lehetséges kapuzási állapotai: -funkcionális állapotok (vezető, nem-vezető) -szerkezeti állapotok (pl. zárt, nyitott, inaktivált) E m Ny (O) /vezető Z (C) /nem-vezető I /nem-vezető O 0.5 pa 100 ms C I +50 mv -120 mv 5

Kapuzás III. Az aktivációért és inaktivációért felelős domain azonosítása inaktiváció I M WT vad típusú csatorna Deletion mutant Δ6-46 I M mutáns csatorna I M Deletion mutant Δ6-46 +ball peptide 0 20 40 60 80 Time (ms) 0 50 100 µm Kapuzás IV. A feszültség szenzor azonosítása feszültség szenzor egy pozitív töltéssel kevesebbet tartalmazó feszültség szenzor Nyitási valószínűség open probability 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 WT R368Q -100-50 0 50 100 test potential (mv) Membrán potenciál (mv) 6

Az ioncsatornák osztályozása szelektivitás alapján Nagy szelektivitású csatornák, négy alegység:, Na +,Ca 2+, Cl - Kis szelektivitású csatornák, öt alegység: Acetilkolin receptor, csak kationokra specifikus Nem szelektív csatornák: Gap junction csatorna (hat alegység) A szelektivitást biztosító mechanizmusok 20Å méret alapján: ami nem fér be a pórusba az nem megy át a csatornán töltés alapján: a nem megfelelő töltésű ion nem mehet át specifikus kölcsönhatások alapján: a megfelelő méretű és töltésű ionok közötti válogatás 7

Töltés alapján szelektál a nikotinerg acetilkolin receptor (ligand kapuzott ion csatorna) pórus filter acetilkolin kötőhely extracell. plazmamembrán citoszolikus kapu Specifikus kölcsönhatások a pórus és az ionok között I. röntgen krisztallográfiás kép a pórusról Szelektivitási szűrő kálium ion pórus hurok pórus üreg szelektivitási filter (GYGD) a pórusban tartózkodó ionok 8

Specifikus kölcsönhatások a pórus és az ionok között II. A vízburok helyettesítése a szelektivitási szűrőben szelektivitási szűrő kálium ion pórus hurok : 1.33 Å H hyd = 322 kj/mol Na : 0.95 Å + H hyd = 406 kj/mol ion a szelektivitási szűrőben Na+ pórus üreg ion vizes közegben Na + Hogyan tanulmányozhatók az ioncsatornák? Az ionáramok mérésével a patch-clamp technika alkalmazásával R f I p - + V ki E m I m V tart áram (pa) 600 400 200 0 +30 mv +30 mv -10 mv aktiváció -50 mv -80 mv inaktiváció -40 mv 0 200 400 600 800 1000 idő (ms) 9

voltage clamp (feszültség zár): a membránpotenciál (pipetta potenciál) konstans értéken tartása függetlenül a membrán áramok nagyságától és irányától R f I p - + V ki E m I m V tart Sakmann, Nobel lecture, 1992, Neuron 8:613-629. cell attached patch vákuum whole cell áram (na) 1.2 0.8 0.4 0.0 húzás 0 500 1000 Idõ (ms) O C 1 pa 100 ms outside out patch 10

Patch pipetta a sejten ill. EM kép hőpolírozást követően Sakmann, Nobel lecture, 1992, Neuron 8:613-629. 11

Az ioncsatornák főbb funkciói Membránpotenciál kialakítása és szabályozása nyugalmi potenciál E m RT p K[K] i p Na[Na] i p Cl[Cl] o ln Fz p [K] p [Na] p [Cl] K o Na o Cl i extracell. citoszolikus Na + Cl Az ioncsatornák főbb funkciói Membránpotenciál kialakítása és szabályozása nyugalmi potenciál akciós potenciál Membránpotenciál (mv) +50 felszálló szár: depolarizáció 0 70 küszöb leszálló szár: repolarizáció Küszöb alatti ingerek utó hiperpolarizáció Vezetőképesség [mmho/(cm 2 )] Na + permeábilitás permeábilitás Idő (ms) 12

Az ioncsatornák főbb funkciói Membránpotenciál kialakítása és szabályozása nyugalmi potenciál akciós potenciál E m RT p K[K] i p Na[Na] i p Cl[Cl] o ln Fz p [K] p [Na] p [Cl] extracell. K o Na o Cl i citoszolikus Intracelluáris ionkoncentráció változások kialakítása [Ca 2+ A. Idegsejt ] i emelkedés akciós potenciál 1 Na + Cl 3 4 5 2 Izomsejt Szarkoplazmatikus retikulum Az ioncsatornák gyógyszerek támadáspontjai 1, pórus blokkolók e.c. gátlás i.c. gátlás 13

Az ioncsatornák gyógyszerek támadáspontjai 2, kapuzást módosító molekulák e.c. gátlás i.c. 14