Кальциевые каналы презентация

ГРАДИЕНТ ИОНОВ КАЛЬЦИЯ
10 -8 М
10 -3 М
ВНЕКЛЕТОЧНАЯ СРЕДА

РОЛЬ ИОНОВ КАЛЬЦИЯ
1. СОПРЯЖЕНИЕ ПРОЦЕССОВ ВОЗБУЖДЕНИЯ - СОКРАЩЕНИЯ

2. ИОНЫ КАЛЬЦИЯ – ВТОРИЧНЫЕ ПОСРЕДНИКИ
УЧАСТВУЮТ В
АГРЕГАЦИИ ТРОМБОЦИТОВ
ВЫСВОБОЖДЕНИИ НЕЙРОМЕДИАТОРОВ
ПРОЦЕССАХ СЕКРЕЦИИ
Са2+

КАЛЬЦИЕВЫЕ КАНАЛЫ
ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКИЕ (НА ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКОЙ МЕМБРАНЕ)
ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЕ (НА МЕМБРАНАХ СПР)
ПО РАСПОЛОЖЕНИЮ

ПО СПОСОБУ УПРАВЛЕНИЯ
ПОТЕНЦИАЛОЗАВИСИМЫЕ
РЕЦЕПТОРУПРАВЛЯЕМЫЕ
КАЛЬЦИЕВЫЕ КАНАЛЫ

ПОТЕНЦИАЛОЗАВИСИМЫЕ КАЛЬЦИЕВЫЕ КАНАЛЫ

Классификация каналов по потенциал-управляемости
Высокопороговые каналы (HVA)
Порог активации значительно
выше ПП
КАНАЛЫ L-ТИПА
КАНАЛЫ –NТИПА
КАНАЛЫ P/Q типа
Низкопороговые каналы (LVA)
Порог активация при деполяризации чуть выше потенциала покоя (ПП)
КАНАЛЫ T-ТИПА

КАНАЛЫ L-ТИПА (МЕДЛЕННЫЕ КАНАЛЫ) ВЫСОКОВОЛЬТАЖНЫЕ:
АКТИВИРУЮТСЯ ПРИ ОТНОСИТЕЛЬНО ВЫСОКИХ ЗНАЧЕНИЯХ МП (свыше 10 мВ)
ВЫСОКАЯ ПРОВОДИМОСТЬ (25 пСм = 25х10-12 См)
МЕДЛЕННО ИНАКТИВИРУЮТСЯ (t>500 мс)
ЛОКАЛИЗАЦИЯ: НЕЙРОНЫ ЦНС И ПЕРИФЕРИЧЕСКОЙ НС, КАРДИОМИОЦИТЫ, КЛЕТКИ СКЕЛЕТНОЙ, ГЛАДКОЙ МУСКУЛАТУРЫ
БЛОКИРУЮТСЯ ОРГАНИЧЕСКИМИ СОЕДИНЕНИЯМИ (ВЕРАПАМИЛ ДИГИДРОПИРИДИН, БЕНЗОТИАЗЕПИН,)
HVA каналы

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СУБЪЕДИНИЦ КАНАЛА
СТРУКТУРА Са2+-канала сходна со структурой Na-канала, но представлена 5-ю субъединицами:
α1, α2, β, γ, δ
Субъединичная структура Са2+канала L-типа

Мембранная локализация субъединиц Са2 +канала и формирование ионопроводящей поры α1субъединицей
При этом сегменты S5 и S6 каждого из четырех доменов обращены внутрь и формируют стенки поры. В β-субъединице, непосредственно примыкающей к α1 субъединице на внутренней стороне канала, имеется участок фосфорилирования

ДВА МЕХАНИЗМА ИНАКТИВАЦИИ Са2+- каналов L-типа
Потенциалозависимая инактивируются деполяризацией
Кальцийзависимая (токозависимая) инактивируются ионами Са2+, вошедшими в клетку во время развития этого тока.

ИЗУЧЕНИЕ ПОТЕНЦИАЛОЗАВИСИМЫХ КАЛЬЦИЕВЫХ КАНАЛОВ – РАБОТЫ ХАГИВАРА С СОАВТ. НА МЫШЦАХ МОРСКОГО ЖЕЛУДЯ (усоногие ракообразные)

ПРОНИЦАЕМОСТЬ Са 2+-КАНАЛА ДЛЯ ДВУХВАЛЕНТНЫХ КАТИОНОВ
Ba2+ > Sr2+ > Ca2+ > Co2+ > Ni2+ > Cd2+
БЛОКАТОРЫ
ЭТОТ РЯД СОВПАДАЕТ СО СПОСОБНОСТЬЮ ПЕРЕЧИСЛЕННЫХ КАТИОНОВ СВЯЗЫВАТЬСЯ С КАРБОКСИЛЬНОЙ ГРУППОЙ

МОДЕЛЬ: ИОН КАЛЬЦИЯ СВЯЗЫВАЕТСЯ С ОПРЕДЕЛЕННОЙ СТРУКТУРОЙ КАНАЛА
X + Caex X Ca X + Cain
Jca(E) –кальциевый ток, зависящий от МП
Jcamax (Е) – предельное значение кальциевого тока
Kca (Е)– константа диссоциации

РОЛЬ КАЛЬЦИЕВЫХ КАНАЛОВ L-ТИПА
ОСНОВНОЙ ПУТЬ ДЛЯ ВХОДА ИОНОВ КАЛЬЦИЯ В КЛЕТКУ (ВАЖНО ДЛЯ СОКРАЩЕНИЯ МЫШЦ, ВЫДЕЛЕНИЯ НЕЙРОМЕДИАТОРОВ)
УЧАСТВУЮТ В ПОДДЕРЖАНИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ И МЕХАНИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ КАРДИОМИОЦИТОВ И ГЛАДКОМЫШЕЧНЫХ КЛЕТОК СОСУДОВ

КАНАЛЫ -NТИПА
АКТИВИРУЮТСЯ ПРИ ВЫСОКИХ ЗНАЧЕНИЯХ МП (более 20 мВ)
ОТНОСИТЕЛЬНО БЫСТРО ИНАКТИВИРУЮТСЯ (t~50-80 мс)
СРЕДНЯЯ ПРОВОДИМОСТЬ (13 пСм)
ЛОКАЛИЗАЦИЯ: СИНАПТОСОМЫ МОЗГА КРЫСЫ, НЕЙРОНЫ КОРЫ ГОЛОВНОГО МОЗГА, В ОКОНЧАНИЯХ СЕНСОРНЫХ НЕЙРОНОВ
БЛОКИРУЮТСЯ La 3+
СПЕЦИФИЧЕСКИЙ БЛОКАТОР - ТОКСИН ИЗ МОРСКОЙ УЛИТКИ Conus geographus
- ω conotoxin
HVA каналы

РОЛЬ КАЛЬЦИЕВЫХ КАНАЛОВ N-ТИПА
Регулируют высвобождение медиаторов

КАНАЛЫ P И QТИПОВ
КАНАЛ Р ТИПА
ПОРОГ АКТИВАЦИИ СОСТАВЛЯЕТ –50МВ,
КИНЕТИКА ИНАКТИВАЦИИ ОЧЕНЬ МЕДЛЕННАЯ (t ≈1с)
ЛОКАЛИЗАЦИЯ: КЛЕТКИ ПУРКИНЬЕ МОЗЖЕЧКА (КАНАЛЫ Р-ТИПА)
НЕЧУВСТВИТЕЛЬНЫ К ДИГИДРОПИРИДИНАМ,
БЛОКИРУЮТСЯ ТОКСИНОМ ЯДА ПАУКА AGELENOPSIS (FTX).
ВПОСЛЕДСТВИИ ОБНАРУЖИЛИ, ЧТО ЕСТЬ ЕЩЕ ОДИН ТИП ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО К НАПРЯЖЕНИЮ КАЛЬЦИЕВОГО КАНАЛА: КАНАЛ QТИПА
РАЗЛИЧИЕ МЕЖДУ P И QТИПАМИ КАЛЬЦИЕВЫХ КАНАЛОВ НЕЗНАЧИТЕЛЬНЫ, И ОНИ ЧАСТО ГРУППИРУЮТСЯ КАК P/QКАЛЬЦИЕВЫЕ КАНАЛЫ.
HVA каналы

КАНАЛЫ T-ТИПА (БЫСТРЫЕ КАНАЛЫ) НИЗКОВОЛЬТАЖНЫЕ:
АКТИВИРУЮТСЯ ПРИ НИЗКИХ ЗНАЧЕНИЯХ МП (МП более положителен, чем -70 мВ)
БЫСТРО ИНАКТИВИРУЮТСЯ (t~50-80 мс)
ЛОКАЛИЗАЦИЯ: НЕЙРОНЫ, ПРОВОДЯЩАЯ СИСТЕМА СЕРДЦА, ФИБРОБЛАСТЫ, В-ЛИМФОЦИТЫ
НЕ БЛОКИРУЮТСЯ НЕОРГАНИЧЕСКИМИ АНТАГОНИСТАМИ КАЛЬЦИЕВЫХ КАНАЛОВ,
СПЕЦИФИЧЕСКИЙ БЛОКАТОР МИБЕФРАДИЛ
LVA каналы

РОЛЬ КАЛЬЦИЕВЫХ КАНАЛОВ Т-ТИПА
В ЭМБРИОНАЛЬНЫХ КЛЕТКАХ ЗАПУСКАЮТ ПРОЦЕССЫ ДИФФЕРЕНЦИРОВКИ
ОБЕСПЕЧИВАЮТ ЗАКОНОМЕРНЫЕ ПЕРИОДИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ МП (НАПРИМЕР, В ПЕЙСМЕКЕРАХ)

Фармакологическая классификация
DHP-чувствительные
кальциевые каналы Lтипа
DHP-нечувствительные
кальциевые каналы Nтипа.
По чувствительности к дигидропиридинам (DHP)
HVA
LVA
DHP-нечувствительные
кальциевые каналы T-ТИПА
DHP-нечувствительные
кальциевые каналы P и Qтипа

ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЕ КАЛЬЦИЕВЫЕ КАНАЛЫ

ИЗОФОРМЫ РИАНОДИНОВЫХ РЕЦЕПТОРОВ
обнаружены в мозге

IP3-РЕЦЕПТОРЫ:
Активируются при увеличении внутриклеточной концентрации IP3
вызывают высвобождение внутриклеточных запасов Ca2+ после стимуляции рецепторов на поверхности клетки.
Локализуются в мембранах ЭПР клеток мозга

АКТИВНЫЙ ТРАНСПОРТ

ОБЩИЕ СВОЙСТВА:
ТРАНСПОРТ СОПРЯЖЕН С ГИДРОЛИЗОМ АТФ
ПЕРЕНОС ИОНОВ ОСУЩЕСТВЛЯЮТ ТРАНСПОРТНЫЕ АТФАЗЫ
ТРАНСПОРТ ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ ПРОТИВ ГРАДИЕНТА КОНЦЕНТРАЦИИ
ФУНКЦИЯ:
ПОДДЕРЖАНИЕ ИОННЫХ ГРАДИЕНТОВ

ТИПЫ АТФАЗ
АТФаза V-типа
АТФаза F-типа
АТФаза Р-типа

АТФазы V типа
ЛОКАЛИЗАЦИЯ:
МЕМБРАНЫ ВАКОЛЕЙ ДРОЖЖЕЙ
ТОНОПЛАСТЫ РАСТЕНИЙ
ЛИЗОСОМЫ
ЭНДОСОМЫ
СЕКРЕТОРНЫЕ ГРАНУЛЫ

V0 – ГИДРОФОБНАЯ ЧАСТЬ (УЧАСТВУЕТ В ТРАНСЛОКАЦИИ ПРОТОНОВ)
V1 – ВОДОРАСТВОРИМАЯ ЧАСТЬ ОБЛАДАЕТ КАТАЛИТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТЬЮ, КАТАЛИЗИРУЕТ КАК СИНТЕЗ, ТАК И ГИДРОЛИЗ АТФ

ФУНКЦИИ
ПЕРЕНОСЯТ ПРОТОНЫ
УЧАСТВУЮТ В ТРАНСПОРТЕ АНИОНОВ, АМИНОКИСЛОТ И РЕПАРАЦИИ МЕМБРАН ПРИ ЭНДО- И ЭКЗОЦИТОЗЕ
ИНГИБИТОРЫ: НИТРАТЫ, SH-РЕАГЕНТЫ, KSCN, ДЦКД (дициклогексилкарбодиимид)

ТРАНСПОРТ ПРОТОНОВ В ТОНОПЛАСТЕ КЛЕТОК РАСТЕНИЙ
ПРОТОНЫ ПОСТУПАЮТ ВНУТРЬ ВАКУОЛИ И СОЗДАЮТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ (от +20 до +50 мВ) И ХИМИЧЕСКИЙ (от 1,5 до 4,5 единиц рН) ГРАДИЕНТЫ.
ЭТА ЭНЕРГИЯ ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ДЛЯ ТРАНСПОРТА ДРУГИХ ИОНОВ И ВЕЩЕСТВ.

АТФаза F ТИПА
ЛОКАЛИЗАЦИЯ:
МЕМБРАНЫ БАКТЕРИЙ, ХЛОРОПЛАСТОВ И МИТОХОНДРИЙ
СТРОЕНИЕ:
F0 – ГИДРОФОБНАЯ ЧАСТЬ (ТРАНСЛОКАЦИЯ ПРОТОНОВ)
F1 – ВОДОРАСТВОРИМАЯ ЧАСТЬ ОБЛАДАЕТ КАТАЛИТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТЬЮ
ИНГИБИТОРЫ: ОЛИГОМИЦИН, ДЦКД, ИОНЫ КАДМИЯ
ФУНКЦИЯ: СОЗДАНИЕ ГРАДИЕНТА ПРОТОНОВ

АТФазы Р ТИПА
ОБЩЕЕ СВОЙСТВО: ОБРАЗОВАНИЕ ФОСФОРИЛИРОВАННОГО ПРОДУКТА, КОТОРЫЙ УЧАСТВУЕТ В РЕАКЦИОННОЙ ЦИКЛЕ
ПРИМЕРЫ: Na/K-АТФаза, Ca-АТФаза, H-АТФаза ПЛАЗМАТИЧЕСКИХ МЕМБРАН ЭУКАРИОТИЧЕСКИХ КЛЕТОК
ИНГИБИТОР: ВАНАДАТ-ИОН

Na/K АТФаза
ЛОКАЛИЗОВАНА НА ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКОЙ МЕМБРАНЕ
СОЗДАЕТ ГРАДИЕНТ ИОНОВ НАТРИЯ И КАЛИЯ

СТРУКТУРА Na+/K+ АТФазы: состоит из 2 полипептидных цепей α и β
1 – участок связывания ионов
2 – участок связывания АТФ
* - участки связывания уабаина
1
2
Формула уабаина
β
α

УАБАИН – ингибитор Na,K-АТФазы
Строфант

РЕАКЦИОННЫЙ ЦИКЛ Na/K АТФазы

2 - изменение конформации транслоказы, вызванное присоединением 3Na+, приводит к активации каталитической субъединицы и увеличению сродства активного центра к субстрату (АТФ). Протекает реакция аутофосфорилирования по карбоксильной группе аспарагиновой кислоты;
1 – 3Na+ связываются специфическим центром транслоказы;

3 - аутофосфорилирование изменяет заряд и конформацию транслоказы, она закрывается с внутренней стороны мембраны и открывается с наружной, уменьшается сродство к ионам натрия, и они диссоциируют от переносчика;
4 - Na+, К+-АТФ-аза, открытая с наружной стороны мембраны, имеет специфический центр связывания для 2К+; Присоединение двух ионов калия к фосфорилированной транслоказе вызывает изменение конформации и появление аутофосфатазной активности. Протекает реакция аутодефосфорилирования;

5 - дефосфорилирование изменяет заряд и конформацию транслоказы, она закрывается с наружной стороны мембраны и открывается с внутренней, уменьшается сродство к ионам калия и они диссоциируют от Na+, К+-АТФ-азы;
6 - АТФ-аза возвращается в первоначальное состояние.

РЕГУЛЯЦИЯ АКТИВНОСТИ Na/K АТФазы
СООТНОШЕНИЕ Na/K И СОДЕРЖАНИЕ АТФ (факторы краткосрочной регуляции)
ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ ПРОТЕИНКИНАЗАМИ, ЧТО ПРИВОДИТ К СНИЖЕНИЮ АКТИВНОСТИ (фактор долгосрочной регуляции)
ИНГИБИТОР – УАБАИН И ДРУГИЕ СЕРДЕЧНЫЕ ГЛИКОЗИДЫ

Са2+ АТФаза
ЛОКАЛИЗАЦИЯ:
САРКО- (ЭНДО)-ПЛАЗМАТИЧЕСКИЙ РЕТИКУЛУМ
ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКАЯ МЕМБРАНА

ВСЕ Са2+ АТФазы – МОНОМЕРНЫЕ БЕЛКИ, Т.Е. СОСТОЯТ ИЗ ОДНОЙ ПОЛИПЕПТИДНОЙ ЦЕПИ
Са2+ АТФаза СПР И ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКОЙ МЕМБРАНЫ БЛИЗКИ ПО ФУНКЦИОНАЛЬНЫМ СВОЙСТВАМ, НО ОБРАЗУЮТСЯ ПРИ УЧАСТИИ РАЗНЫХ ГЕНОВ
ОТЛИЧАЮТСЯ ПО МОЛЕКУЛЯРНОЙ МАССЕ, ПО МЕХАНИЗМАМ РЕГУЛЯЦИИ

ФЛБ – фосфоламбан (у Са АТФазы саркоплазматического ретикулума),
СПР
СПР

В фосфорилированном состоянии фосфоламбан стимулирует кальциевый насос ретикулума миоцитов, ускоряя восстановление кальциевых градиентов.

КМ – кальмодулин (у Са АТФазы плазматической мембраны )
(цитозоль)
(внеклеточная среда)

ЦИКЛ РАБОТЫ Са2+АТФазы
СТАДИИ ГИДРОЛИЗА АТФ ЧЕРЕДУЮТСЯ СО СТАДИЯМИ ПЕРЕНОСА ИОНОВ КАЛЬЦИЯ

ЛОКАЛИЗАЦИЯ: ПЛАЗМАТИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ РАСТИТЕЛЬНЫХ КЛЕТОК
Н+АТФаза

Н+-АТФаза – это интегральный белок, полипептидная цепь которого десять раз пересекает поверхностную (плазматическую) мембрану.
Полагают, что в мембране Н+-АТФаза функционирует в виде олигомера и состоит из двух субъединиц.

Роль Н+-АТФазы:
поддерживает рН цитоплазмы близкий к нейтральному
создает на мембране разность потенциалов (∆ψ), во многом определяя электрические свойства высших растений
обеспечивает вторичный активный транспорт

Механизм возникновения ПД в проводящих пучках высших растений имеет большое сходство с таковым в нервах животных.
Он является ионным по природе, только в возникновении ПД у высших растений принимают участие не Na+ и К+, как у животных, а Cl− и К+.
Большой выход ионов калия во время ПД в растительных клетках резко нарушает существующие
градиенты этого иона, поэтому во время фазы реполяризации мембранный потенциал не может восстановиться до исходного уровня.
Достижение этой величины осуществляется непосредственным подключением протонной помпы (Н+
-АТФазы)

Благодаря вторичному активному транспорту клетка активно поглощает (или удаляет) многие вещества (ионы, углеводы, аминокислоты и др.).
Переносчики белковой природы образовывают комплекс с протоном на наружной стороне мембраны. Такой комплекс приобретает
сродство (в зависимости от типа переносчика) к определенному веществу (например, иону Na+, сахарозе).Образуется заряженное соединение типа протон–переносчик–вещество. Перенося протон внутрь клетки как по электрическому(∆ψ), так и по концентрационному (∆рН) градиентам, переносчик за счет энергии этих двух составляющих
протонного потенциала переносит вещество внутрь (симпорт) или наружу (антипорт).

ТРАНСПОРТ ВЕЩЕСТВ ЧЕРЕЗ МНОГОМЕМБРАННЫЕ СИСТЕМЫ
ВТОРИЧНЫЙ АКТИВНЫЙ ТРАНСПОРТ

МНОГОМЕМБРАННЫЕ СИСТЕМЫ
гликокаликс + коллаген
микроворсинки
базолатеральная поверхность

БАЗАЛЬНАЯ МЕМБРАНА – дополнительная мембрана за пределами плазмалеммы эпителиоцита
ЕЕ СОСТАВ: гликопротеидный матрикс (гликокаликс) + коллагеновый компонент
СВОЙСТВА:
толще плазмалеммы
диаметр ее пор около 3 нм
отсутствуют системы активного транспорта
РОЛЬ: пассивный фильтр для проникновения веществ

Базолатеральная мембрана несет межклеточные контакты разного типа

ЭКСПЕРИМЕНТЫ УССИНГА
Установка Уссинга
Объект исследований

ЭКСПЕРИМЕНТ УССИНГА: ИЗУЧЕНИЕ АСИММЕТРИЧНЫХ СВОЙСТВ ЭПИТЕЛИЯ
1 – кожа лягушки; 2 – вольтметр; 3 и 4 – внешний источник эдс и прибор для измерения напряжения, подаваемого электродами 5 и 6;
7 – амперметр Ik – короткозамкнутый ток;
А – наружная (мукозная), В – внутренняя(серозная) сторона кожи лягушки
IK

МОДЕЛЬ УССИНГА
Мукозная (наружная)поверхность кожи
Серозная (внутренняя)поверхность кожи

ВТОРИЧНЫЙ АКТИВНЫЙ ТРАНСПОРТ

ВТОРИЧНЫЙ АКТИВНЫЙ ТРАНСПОРТ
ТРАНСПОРТ САХАРОВ И АМИНОКИСЛОТ ЗА СЧЕТ ЭНЕРГИИ ГРАДИЕНТА Na+ , КОТОРЫЙ СОЗДАЕТСЯ БЛАГОДАРЯ РАБОТЕ Na/K НАСОСА
ХАРАКТЕРИСТИКИ
СТЕРЕОСПЕЦИФИЧНОСТЬ (стереоизомеры сахаров и аминокислот транспортируются с разной скоростью)
СПЕЦИФИЧЕСКОЕ ИНГИБИРОВАНИЕ (флоридзин ингибирует транспорт сахаров, но не аминокислот)
ВЗАИМНОЕ КОНКУРЕНТНОЕ ИНГИБИРОВАНИЕ (вещества одного класса тормозят перенос друг друга)
ЭФФЕКТ НАСЫЩЕНИЯ (транспорт с помощью переносчика)

Уравнение для транспорта сахаров
Jmax = 12 мкмоль / м2 с – одинакова для всех моносахаридов
К характеризует сродство переносчика к моносахариду и различна для разных моносахаридов при нормальном содержании ионов натрия в среде:
К для глюкозы 1,4 ммоль/л, галактозы – 0,35 ммоль/л, для пентоз – от 2,8 до 19,6 ммоль/л

Графики Лайнуивера – Берка для транспорта 6-дезокси-D-глюкозы через эпителий кишки, показывающие зависимость транспорта сахара от концентрации ионов Na в среде
1 [Na]e= 145 mmol/l
2 [Na]e= 0 mmol/l

ТРАНСПОРТ ГЛЮКОЗЫ, СОПРЯЖЕННЫЙ С ИОНАМИ НАТРИЯ

ТРАНСПОРТ АМИНОКИСЛОТ, СОПРЯЖЕННЫЙ С ИОНАМИ НАТРИЯ