Lataa esitys
Esittely latautuu. Ole hyvä ja odota
JulkaistuAapo Jurkka Muutettu yli 9 vuotta sitten
1
Solujen viestintä BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
2
Kuljetusmekanismit solukalvon läpi
Passiivinen kuljetus Pitoisuusgradientin suuntaan ilman energiaa Kuljetettavalla aineella sähkövaraus, sähkökemiallinen potentiaali Sähkökemiallinen potentiaali Potentiaalienergian minimointi BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
3
Diffuusio 1 Diffusion of one solute Molecules of dye Membrane WATER
BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
4
Diffuusio 2 BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
5
Diffuusio 3 EQUILIBRIUM BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
6
Diffuusio 4 Diffusion of two solutes
BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
7
Diffuusio 5 BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
8
Diffuusio 6 EQUILIBRIUM BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
9
Passiiviset kuljettajat
Polaaristen aineiden kuljettajat transporttereita, vähentävät aktivaatioenergiaa Avustettua kuljetusta (facilitated diffusion) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
10
Avustetut kuljetusmekanismit 1
Facilitated diffusion BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
11
Kalvokuljetus Biologiset kalvot läpäisemättömiä polaarisille aineille tarvitaan proteiineja kuljettamiseen kalvon läpi Vesi (polaarinen) läpäisee kalvon suuri pitoisuus (55.5 M) Veden nopeaan vaihtoon tarvitaan integraalisen kalvoproteiinin muodostama vesikanava eli akvaporiini Kaasut läpäisevät kalvot (O2, N2, CO2) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
12
Akvaporiinit Munuaisen tubulussoluissa, absorboivat vettä takaisin virtsanmuodostuksen aikana Kasvisolujen vakuolin kalvolla säätelevät vakuolin vesimäärää, ylläpitävät solujen mekaanista rakennetta Virtausnopeus akvaporiinin läpi 5x108 molekyyliä/s (vrt. suurin entsyymireaktionopeus 1x 107 substraattimolekyyliä/s BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
13
Glukoosikuljettajat 1 Punasolujen energiametabolia
GluT1 kiihdyttää glukoosin siirtoa punasoluihin x GluT1 integraaliproteiini, 12 hydrofobista aluetta, -kierteitä muod. kanavan K1-arvo glukoosille 1.5 mM K1-arvo galaktoosille 30 mM BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
14
Glukoosikuljettajat 2 Solutyypeittäin Maksassa GluT2
K1-arvo D-glukoosille 66 mM Glukoosin sisäänotto maksasoluihin tehokasta Glukoosin luovutus maksasoluista verenkiertoon glykolyysissä GluT:n avulla BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
15
Glukoosikuljettajat 3 GluT4 lihaksen ja rasvakudoksen glukoosin kuljettaja Insuliini stimuloi GluT4 Aterian jälkeen glukoosin otto lihaksiin ja rasvasoluihin kiihtyy Insuliini saa aikaan vesikkeleihin varastoituneen GluT4 siirtymisen solukalvolle BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
16
Kuljetustapahtuma ryhmät
Uniportti Kuljetetaan yhtä ainetta Symportti Kahden tai useamman aineen samanaikainen kuljetus samaan suuntaan Antiportti Kahden tai useamman aineen kuljettaminen vastakkaisiin suuntiin BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
17
Aktiivinen kuljetus BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
18
Aktiivinen kuljetus Vaatii energiaa
Aine siirretään konsentraatiogradienttia vastaan Kuljettajaproteiinit tarvitsevat ulkopuolisen energialähteen Energia ATP:ltä Kuljettaja-ATPaaseja BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
19
Aktiiviset kuljetusmekanismit
OUTSIDE OF CELL Oligosaccharides INSIDE OF CELL Binding site for ATP BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
20
Na+/K+ ATPaasi ATPaasit pumppaavat ioneja niiden konsentraatiogradienttia vastaan kuluu energiaa out Na+ ATPaasi solukalvo ATP ADP + P in K+ BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
21
Na-K-ATPaasi 1 Initial state: OUTSIDE pump open to inside OF CELL
3 Na+ are taken from inside BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
22
Na+/K+ ATPaasi 2 Esim. mahan limakalvo pumppaa H+
gradientti 1: (106) pH solussa 7, ulkopuolella 1-2 BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
23
Na-K-ATPaasi 3 ATP phosphorylates α subunits INSIDE OF CELL Pump open
to outside, ready to start second half of cycle A conformational change following phosphorylation expels 3 Na+ to outside BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
24
Na-K-ATPaasi 3 5. Dephos- phorylation triggers conformational change
4. Two K+ accepted from outside BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
25
Aktiivinen kuljetusmekanismi
Na/K-pumpun toiminta konsentraatiogradienttia vastaan BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
26
ATPaasityypit 1 Neljä tyyppiä Rakenne Toimintamekanismi Sijainti
erilaisia BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
27
ATPaasityypit 2 P-tyyppi Katioininkuljettajia Fosforyloituvia
Inhiboituvat vanadaatilla tai ouabaiinilla Na+K+-ATPaasi (Na+/K+ antiportteri) Ca2+-ATPaasi Mahalaukun seinämän parietaalisolujen H+ ja K+ antiportteri BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
28
ATPaasityypit 3 V-tyyppi Vakuolityypin ATPaasit Protonipumppuja
Happamoittavat eläinsolujen endosomeja, lysosomeja, Golgin laitetta ja eritysrakkuloita Ei reversiibeliä fosforylaatiota Inhibiittoreita: bafilomysiini A, konkanamysiini A Periferaalinen kalvoproteiini ja 7 alayksikköä sekä inegraalinen kalvoproteiini + 3 alayks. (= protonikanava) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
29
Protonipumppu 1 EXTRACELLULAR FLUID CYTOPLASM
BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
30
Protonipumppu 2 Diffusion of H+ Sucrose
BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
31
ATPaasityypit 4 F-tyyppi Bakteerien solukalvoilla
Eukaryosyyttien mitokondrioissa Kloroplasteissa Käänteisessä roolissa protonipumppuina Kalvon lävistävä protonikanava eli F0-osa ja F1-osa (sis. ATPsyntaasin) Siirtää lääkeaineita ulos soluista (multidrug transporter) Aktivoiduttuaan lisää syöpäkudoksen vastustuskykyä samanaikaisesti useille lääkeaineille BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
32
Kuljetusmekanismit, yhteenveto
Lipofiiliset aineet, esim. melatoniini Diffusion through lipid bilayer Facilitated diffusion Active transport BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Passive transport
33
Ionoforit Ioneja kalvon läpi kuljettavia orgaanisia yhdisteitä
Myrkkyjä tai antibiootteja Valinomysiini kuljettaa K+-ioneja gradientin suuntaan Monensiini (Na+/H+-vaihtaja) Gramisidiini muodostaa kalvoon ionikanavan ioneille, toimii myös matalissa Ta:ssa BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
34
Ionikanavat Nernstin kaava: E(mV) = 58 log(Cout/Cin)
solukalvoissa kaliumkanavia ja kloridikanavia Eivät ole kyllästettävissä Virtaus jopa 108 ionia/s Kanava sulkeutuu tai avautuu vasteena solutapahtumaan (10-3s) jos molemmat (Cl- ja K- kanavat kiinni: V = 0 mV jos K-kanava auki ja Cl-kanava kiinni: V = -58 mV jos molemmat kanavat auki: V = 0 mV Nernstin kaava: E(mV) = 58 log(Cout/Cin) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
35
Depolarisaatio ja ionikanavat
Toiminta hermoim-pulssin aikana ennen depolarisaatiota kanavat kiinni, jännite solun sisällä negat. V=-70 mV Na-kanava aukeaa hieman Na+ virtaa sisään depolarisaatio Na-kanava sulkeutuu ja K-kanava avautuu K+ virtaa ulos depolarisaatio jatkuu potentiaali lepotasolle –70 mV Na- ja K-kanavat kiinni BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
36
Potassium channel OUTSIDE CELL PLASMA MEMBRANE INSIDE CELL Sodium channel Kanavan sytoplasman puoleisella pinnalla vesionkalo, K:lla säilyy vesivaippa. Vesi korvautuu onkalossa pp-ketjulla. 1. Resting state BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
37
Kanava auki muutaman ms
Activation gate OUTSIDE CELL INSIDE CELL Kanava auki muutaman ms 2. Depolarizing phase Kanavan ympärillä posit. varautuneita polypeptidiketjujen jaksoja, reagoivat kalvopot. muutoksiin BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
38
Sytoplasman puoleinen proteiinidomeeni toimii inaktivaatioporttina
OUTSIDE CELL INSIDE CELL Inactivation gate 3. Repolarizing phase Sytoplasman puoleinen proteiinidomeeni toimii inaktivaatioporttina BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
39
4. Undershoot OUTSIDE CELL INSIDE CELL
BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
40
Aktiopotentiaali 5 Region of depolarization
BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
41
Aktiopotentiaali 6 Inactivated Na+ channels
Movement of action potential BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
42
Ionikanavat 2 monet myrkyt sitoutuvat hermon toiminnan kannalta tärkeisiin proteiineihin, kuten: tetrodotoksiini (eristetty japanilaisesta fugu-kalasta, pallokala Spheroides rubripes) salpaa Na-kanavan Saksitosiini siimaeläimen (Gonyaulax) tuottama myrkky estää Na-kanavan toiminnan Dendrotoksiini, mustan mamban myrkky salpaa K-kanavaan vaikuttava myrkky Bungarotoksiini, cobtoksiini käärmemyrkkyjä BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
43
Ionikanavan toiminnan tutkiminen
yksittäisen ionikanavan toimintaa voidaan tutkia patch clamp –tekniikalla solukalvo imetään mikropipetin sisään Peter Agre ja Roderick MacKinnon (amer.) v kemian Nobel vesikanavien (Agre) ja ionikanavien (MacKinnon) tutkimuksista BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
44
Patch clamp -tekniikka 1
Glass pipette Membrane Ion channel BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
45
Patch clamp -tekniikka 2
BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
46
Patch clamp -tekniikka 3
BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
47
Miten hermosolut kommunikoivat toistensa kanssa?
aktiopotentiaalin kulku aksonia pitkin myelinisoitu hermo sähköinen synapsi Ca-kanava presynaptisella puolella ligandi= molekyyli, joka spesifisesti sitoutuu toiseen molekyyliin neurotransmitteri voi tuottaa ekskitatorisen (Na-kanava + neurotransmitteri) tai inhibitorisen (Cl-kanava + neurotransmtteri) vaikutuksen postsynaptiseen neuroniin BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
48
Miten hermosolut ... yleisin inhibitorinen neurotransmitteri –aminovoihappo (GABA) neurotransmitterin vapautuminen on riippuvainen ainakin neljästä proteiinista BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
49
GABA-erginen neuroni Cl- GABA or glycine GABA or glycine
Action potential Presynaptic cell GABA or gylicine receptor Ca2+ BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
50
of presynaptic neurons Dendrites of postsynaptic neuron
Synaptic terminals of presynaptic neurons Dendrites of postsynaptic neuron Myelin sheath Cell body of postsynaptic neuron Axon hillock Axon of postsynaptic neuron Terminal branches of presynaptic neurons BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
51
Synaptic terminals of presynaptic neurons
Cell body of postsynaptic cell Synaptic terminals of presynaptic neurons BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
52
Sisäeriterauhanen ENDOCRINE GLAND Endocrine cells release
hormones into bloodstream BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
53
Hormoni vapautuu verenkiertoon
Hormone travels through circulation BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
54
Hormonin vaikutus kohdesoluun
Hormones act on target cells BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
55
Avoeritteinen rauhanen
EXOCRINE ORGAN Exocrine organ release products into ducts Erite vapautuu tiehyeseen BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
56
Erite kulkeutuu tiehyttä myöten kohteeseen
Transport o exported products through duct system BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
57
Parakriininen rauhanen
PARACRINE GLAND Paracrine cells release signals to nearby target cells BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
58
Hormonien vaikutuskohteet
Medulla Epinephrine transport via the circulatory system Adrenal gland Kidney Glucose Glycogen stores Dilates bood vessels BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
59
Reseptorit 1 Epinephrine Epinephrine binds to receptor and the
receptor es activated Binding site Epinephrine receptor Activated receptor Cell BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
60
Agonisti Isoproterenol Isoproterenol binds to receptor and
imitates the action of epinephrine Binding site Epinephrine receptor Activated receptor Cell BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
61
Antagonisteja Epinephrine antagonists (alprenolol and propanolol)
Alprenolol and propanolol bind to the epinephrine receptor but not activate the receptor Alpreneolol Propanolol Binding site Epinephrine receptor Cell BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
62
Blokattu reseptori Epinephrine The bound molecules prevent epinephrine
from binding BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
63
Neuraalinen viestintä
NEURAL TRANSMISSION Neurons release neurotransmitters to adjacent neurons BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
64
Kalvoreseptori 1 Signal-molecule binding site alfa-helix in the Plasma
membrane Plasma membrane Tyrosine kinase region of protein Inactive proteins Tyrosine-kinase receptor proteins (inactive monomers) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
65
Reseptorin aktivoituminen
Signal molecules Activated proteins Cellular response Cellular response Activated tyrosine-kinase receptor (phosphorylated dimer) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
66
Ionikanava 1 Ions Signal molecule (ligand) Plasma membrane Ion-channel
protein CYTOSOL BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
67
Ionikanava avautuu Change in ion concentration triggers cellular
responses BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
68
Kanava sulkeutuu ja ligandi dissosioituu
Ligand dissociates; channel closes BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
69
G-proteiini Signal molecules ECF Ligand-gated channel Receptor region
Integrin G protein coupled receptor G protein Bridging protein Enzyme region Cytoskeleton BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
70
Toisiolähetti cAMP 1 Extracellular space Hormone Activated adenylate
cyclase Cytosol sAMP phosphodisterase BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
71
Toisiolähetti cAMP 2 Extracellular space Epinephrine Epinephrine
receptor Plasma membrane Activated adenylate cyclase Active glycogen synthase Cytosol Inactive protein kinase Active protein kinase Inactive glycogen synthase BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
72
Kaskadin loppupäässä lopputuotteena on glukoosi
Inactive phosphorylase kinase Active phosphorylase kinase Inactive glycogen phosphorylase Active glycogen phosphorylase Glycogen Glucose phosphate BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Glucose
73
Radioaktiivisen ligandin kiinnittyminen reseptoriin
A receptor interacts with a ligand + Radioactive ligand Receptor BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
74
Syklinen AMP Cyclic AMP Adenine Sugar Phosphate
BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
75
cAMP vaihe 1 Energia GTP:ltä Hormone Receptor Galfa-GTP
dissociates from Gβγ and binds to adenylate cyclase, activating synthesis of cAMP Adenylate cyclase G protein BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
76
cAMP vaihe 2 GTP binds to Galfa inactive adenylate cyclase G protein
BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
77
cAMP vaihe 3 ATP cAMP Galfa-GTP dissociates from
Gβγ and binds to anenylate cyclase, activating synthesis of cAMP Active adenylate cyclase slow GTPase acivity of Galfa hydolyzes GTP to GDP ATP cAMP BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
78
cAMP vaihe 4 Galfa-GDP dissociates from adenylate cyclase and
returns to Gβγ BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
79
Ca:n sitoutuminen kalmodu-liiniin
Ca2+ - calmodulin kinase Calmodulin Ca2+ -calmodulin Ca2+ Autophosphorylation Activated Fully active Phosphorylation of other proteins BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
80
Muita kuin reseptorivälitteisiä signaaleja
BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
81
Typpioksidi (NO) epätavallinen signaalimolekyyli (signaalimol. yleensä amiineja MW ~100 tai proteiineja MW ~10 000) vain kaksi atomia N (14) + O (16) MW 30 kaasu kemiaalisilta ominaisuuksiltaan vapaa radikaali BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
82
Vapaat radikaalit A:B kovalenttinen sidos A+ :B- A:- B+ A· ·B
ionit ionit radikaalit C C: C· Carboniumion Vapaa radikaali Carbanion elektrofiilinen -reaktiivinen BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
83
Typpioksidia syntyy solussa
arginiini NO NOS (NO-synteesi) NO tumorit + bakteerit (seinämä) NOS (makrofagit) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
84
inhibiittori N-methyl-arginiini NOS bacteriocide
makrofageissa NO välttämätön, jotta niiden tehtävä ”tappajasoluina” toteutuu BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
85
Typpioksidin muut vaikutukset
1. Verisuonissa vasodilataatio (laajeneminen) NO vapautuu endoteelisoluista diffundoituu ympäröivään sileään lihakseen relaksaatio ylimäärä voi aiheuttaa septistä shokkia, hoitona NOS-inhibiittoria 2. Neuronit tuottavat NO:ia aivoissa aivojen ulkopuolella BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
86
Typpioksidi ... 3. Ruoansulatuskanava NO välittää relaksaatiota
välttämätön normaalin peristaltiikan toiminnan kannalta 4. Penis pelviksen alueen neuronit tuottavat NO:ia erektio 5. Aivoissa NO toimii neurotransmitterina kuljettaa viestejä eri suuntiin kuin tavall. transmitterit BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
87
Typpioksidi ... 6. Solukuolemat
välittää aivoissa epätavallisia solukuolemia neurodegenera-tiiviset sairaudet (esim. Huntingtonin tauti) typpioksidin life time n. 5 s NO voimakkaan tutkimuksen kohteena: neurobiologit, fysiologit, kemistit, biokemistit, biologit BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
88
Viagra 1 Viagra Hesarin kuukausiliite lokakuu 1998 (Jorma Palo)
engl. kemistiryhmä kehitti lääkettä rintakipuihin glyseryylinitraatti eli nitroglyseriini (Nitro) koodinimi: UK-92480 kemiallinen yhdiste: sildenafiilisitraatti ei tehonnut, potilaat eivät palauttaneet Vaikutusmekanismi: nitroglyseriini NO vasodilataatio BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
89
Viagra 2 UK-92480 laajensi verisuonia mutta ei sepelvaltimoissa vaan
siittimen hermopäätteistä ja endoteelisoluista vapautui NO GMP erektio fosfodiesteraasient-syymi hajoittaa GMP Tavoitteena oli että: sildenafiilisitraatti inhiboi fosfodiesteraasia ja GMP tehosi 4000x fosfodiesteraasin tyyppi 5:een kuin tyyppi 3:een BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
90
Viagra 3 tyyppi 5 peniksessä ja tyyppi 3 sepelvaltimoissa
Viagraa valmistetaan Irlannissa Ringaskidde (pieni kalastajakylä) kemistit engl. Kentistä (Nicholas Terret ym.) 1991 BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
Samankaltaiset esitykset
© 2024 SlidePlayer.fi Inc.
All rights reserved.