Curs 2 Membrana Celulara 2010

5/11/2018 Curs 2 Membrana Celulara 2010 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/curs-2-membrana-celulara-2010 1/40

CURS 2 FIZIOLOGIEMG ANUL I

1

Curs 2.FIZIOLOGIA MEMBRANEI CELULARE

1.Funcia de transport a membranei celulareTransportul activ

1.1. Transportul activ primar

1.2. Transportul activ secundar

1.3. Pompele ionice

2. Funcia membranei în transferul de informaie2.1. Receptorii membranari

2.2. Interaciunea ligand-receptor 2.3. Proteinele G membranare

2.4. Sisteme de semnalizare intracelulare

ef.lucr.dr.LAVINIA NOVEANU




2

OBIECTIVELE CURSULUI 2 ± Studentul trebuie s:

1. Defineasc principalele caracteristici ale transportului activ

membranar i ale principalelor tipuri de pompe ionice2. Îneleag diferena dintre transportul activ i transportul pasiv,dintre transportul activ primar i transportul activ secundar

3. Cunoasc mecanismul general de funcionare i rolurile pompeiNa+/K+, pompei de Ca2+, pompei H+/K+ i a pompelor protonice

4. Discute rolul mecanismelor de transport activ în generareagradientelor fizice care întrein transportul pasiv5. Discute importana transportului activ în schimburile transmem-

branare la suprafeele de schimb epiteliale (digestive, renale)6. Defineasc i s clasifice receptorii membranari

7. Cunoasc diferena dintre rspunsul celular de tip agonist/antagonist8. Defineasc i s descrie schema general de funcionare i

rolurile principale ale sistemelor de semnalizare intracelular




3

1. FUNCIA DE TRANSPORT A MEMBRANEI

TRANSPORTUL ACTIV (TA)

CARACTERISTICI

se desfoar împotriva gradientului electrochimic

este specific necesit o protein transportoare specific

necesit consum energetic necesit scindarea ATP

este dependent de energetica celular i condiiile de mediu

are caracter limitativ se desfoar pân la Tmax dependent

numai de capacitatea transportorului

poate fi competitiv pentru substane înrudite chimic care au

acelai transportor (ex:aminoacizii)

Transport activ




4

CLASIFICARE - dup modalitatea de utilizare a energiei

transport activ primar

consum direct al energiei

transport activ secundar

consum indirect al energiei,

ROLURILE transportului activ

asigur transportul moleculelor organice (glucoza, aminoacizi) i amajoritii ionilor (Na+, K+, Ca2+, PO3

-, Fe2+, H+, etc.)

asigur diferena de concentraie a substanelor între mediul intra-i extracelular

întreine mecanismele de transport pasiv

prin utilizarea gradientului deconcentraie ionic asiguratprin transport activ primar




5

1.1. TRANSPORTUL ACTIV PRIMARCARACTERISTICI

este un transport contragradient specific pentru ionieste asigurat de o proteina transportoare numit POMP IONIC

are situsuri de legare pentru ioni asigur leagarea ionilor

este o ATP-az scindeaz ATP p ADP + Pi + E asigur

energia necesar transportului ionilor clasificare: uniport, cotransport (sinport), antiport

TIPURI DE POMPE IONICE

1. pompa Na+/K+ (Na+/K+- ATP-aza)

2. pompa H+/K+ (H+/K+- ATP-aza)

3. pompa de Ca2+ (Ca2+ - ATP-aza)

4. pompele protonice (H+- ATP-aze)Pompa Na+/K+



6

1.2. TRANSPORTUL ACTIV SECUNDARCARACTERISTICIeste un transport contragradient pentru substane organice sau ionieste asigurat de o proteina transportoare numit CARRIER

are situsuri de legare pentru substanì e,nu are funcì ie ATP-azic nu poate asigura energia necesar

transportuluieste cuplat cel mai frecvent cu pompa Na+/K+ (cu transportul Na+) se desfoar în sensul gradientului electrochimic al Na+ întreinut

de pompa Na+/K+ (prin consum de energie)

Pompa Na+/K+Cotransportori Schimbtori ionici



CURS 2 FIZIOLOGIEMG ANUL I7

CLASIFICARE: în funcie de direcia de transfer cuplat cu Na+

Cotransport ± în aceeai direcie cu Na+

Ex: cotransportor Na+/glucoz, Na+/aminoacizi

Antiport (schimbtor ionic) ± în direcie opus cu Na+

Ex: schimbtor Na+/H+, schimbtor Na+/Ca2+

Pompa Na+/K+ Cotransportori Schimbtori ionici




SCHIMBTORUL HCO3-/Cl- - transferul depinde de gradientul de

concentraie al HCO3- determinat de activitatea anhidrazei carbonice

(CA) CO2 + H20p H2CO3p HCO3- + H+

Rol principal: în eritrocit p rol în echilibrul acido-bazic în celula parietal gastricp rol în secreia de HCl

în nefrocit p rol în acidifierea urinii i echilibrul acido-bazic

Eritrocit Nefrocit

CA

Celula parietal gastric




9

au toate caracteristicile i rolurile transportului activ primar

1.3. POMPELE IONICE

SECVENA GENERAL DE FUNCIONARE A POMPELOR IONICE

1.Fixarea ionului pe partea unde acesta se gsete în concentraia

mai mic, pe situsurile de legare al pompei

2.Fixarea 1 ATP la nivelul situsului nucleotidic urmat de hidroliz,prin funcì ia de ATP-az a pompei: ATPp ADP + Pi + E

Pompa de Ca2+



CURS 2 FIZIOLOGIEMG ANUL I 10

gruparea fosfat (Pi) este utilizat pentru creterea afinitii

pompei fa de ion

energia (E) este utilizat pentru modificarea de conformaieproteinei transportoare

3.Eliberarea ionului pe partea cu concentraie mai mare

situsul nucleotidic elibereaz produii de hidroliz ai ATPproteina transportoare revine la conformaia iniial

Pompa de Ca2+




11

La nivelul celulelor genereaz gradientul de

concentraì ie intra-/extracelular La nivelul epiteliilor genereaz gradientul de

concentraì ie intra-/extraceluler prin care întreine transportul

pasiv transmembranar rol important în procese deabsorbie/reabsorbie de la nivelulsuprafeelor de schimb epiteliale(digestive, renale)

La nivelul neuronuluimeninerea i restabilireaechilibrului ionic dupdepolarizare (pompa Na+/K+)

La nivelul fibrei musculare

declanarea relaxrii musculare(pompa Ca2+)

Na+ Glucoz

Glucoz

Na+

Na+

Na+

FUNCIILE GENERALE ALE POMPELOR IONICE




12

(a) Pompa Na+ /K+ (Na+ /K+- ATP-aza)

CARACTERISTICI

cea mai important ATP-az de transport

transport 3 Na+ spre exterior i 2 K+ spre interior pentru 1 ATP

este mare consumatoare de energie

- 50% în cazul neuronului i nefrocitului- 10% în cazul fibrei musculare i a hepatocitului

STRUCTUR

dou subuniti E cu rol catalitic

dou subuniti F cu rol reglator




Subunitile E - au rol catalitic

prezint la interior:

situsuri de fixare pentru 3 Na+

situs de fixare pentru 1 ATP

situs de fosforilare pentru 1 Pi

prezint la exterior:

situsuri de fixare pentru 2K

+

Subunitile F - au rol reglator

translocarea pompei din

citoplasm în membran

distribuia polarizat a pompelor

pe suprafaa celular p la polul

bazal al celulelor




ROLURILE pompei Na+/K+ asigur HOMEOSTAZIA CELULAR1.pomp electrogenicp încrcare electronegativ la interior

- menine potenialul de repaus

- reface echilibrul ionic dup depolarizare

- activat în exces hiperpolarizare

- inhibat în exces depolarizare uoar

2.asigur gradientul de Na+ necesar

transportului activ secundar

transportului pasiv3.meninerea volumului celular (H2O urmeaz Na+)

REGLAREA ACTIVITII pompei Na+/K+

activare: insulin, hormoni tiroidieni, catecolamine,creterea volumului celular

inhibiie: ouabain (specific), tonicardiace (digoxin)




LOCALIZARE: în fibra muscular

la nivelul sarcolemei p expulzeaz 2 Ca2+

în mediul extracelular la nivelul membranei RSp recapteaz 2 Ca2+ din citoplasm

ROL: scderea Ca2+ citosolic relaxare muscular

RETICUL SARCOPLASMATIC (RS) Pompa de Ca2+

(b) Pompa de Ca2+




LOCALIZARE: în epitelii

transport în celul 1 K+

la schimb cu 1 H+

celula parietal gastricp formarea HCl

nefrocit p acidifierea urinii i echilibrul acido-bazic

(c) Pompa H+ /K+

NefrocitCelula parietal gastric




LOCALIZARE èi ROL

membranele mitocondrialep transportul electronilor în timpul

fosforilrii oxidative (producie de ATP)

nefrocitp acidiferea urinii i echilibrul acido-bazic

(d) Pompele protonice (de H+)

NefrocitMitocondrie




2. FUNCIA MEMBRANEI ÎN TRANSFERUL DE

INFORMAIE

INFORMAIA = totalitatea semnalelor biochimice transmise desubstane biologic active (mesageri primari, de ordinul I) care

interacioneaz cu receptori specifici i declaneaz un rspuns

celular specific

MESAGERII PRIMARI cu aciune pe receptori membranari:

Neurotransmitori - mediatori chimici în cadrul unei sinapse




Hormoni endocrini - secretai în sânge (aciune endocrin)

Hormoni tisulari - secretai local (aciune paracrin sau autocrin)

Aciune paracrin Aciune autocrin




2.1. RECEPTORII MEMBRANARI

DEFINIIE: proteine integrale complexe care capteaz, amplific i

moduleaz informaia primit de la mesagerii primari rspunsul

CLASIFICARE

în raport cu modalitatea de semnalizare intracelular receptori protein - canal ionic

receptori cuplai cu o enzim membranar

receptori cuplai cu proteina G membranar receptori enzim (catalitici)




(a) Receptorii protein ² canal ionic

CARACTERISTIC: ligandul ataat de receptorul specific deschide

un canal ionic flux ionic depolarizant sau hiperpolarizantEXEMPLU: acetilcolina (ACh) deschide canalele de Na+ dinstructura receptorului nicotinic situat în membrana postsinaptic aplcii motorii influx de Na+ cu efect depolarizant




(b) Receptorii cuplai cu o enzim membranar

CARACTERISTIC: ligandul ataat de receptorul specific

determin activarea unei enzime membranare cuplat cu receptorulpe faa intern a membranei sintetiza unui mesager secundar

EXEMPLU: acetilcolina (ACh) se fixeaz de receptorul muscarinicde la nivelul fibrei musculare netede vasculare activarea

guanilatciclazei membranare (GCm) cu formare de GMPc



CURS 2 FIZIOLOGIE

MG ANUL I 23

(c) Receptorii cuplai cu proteina G membranar

CARACTERISTIC: ligandul ataat de receptorul specific

activeaz proteina G membranar care cupleaz RECEPTORUL cuEFECTORUL: un canal ionic (de Ca2+ sau K+) sau o unitate catalitic

(enzim membranar, intracelular,factori de transcripie)

EXEMPLU: noradrenalinaacioneaz pe receptoriiF-adrenergici cuplai prinproteina Gs cu adenilat-

ciclaza, iar generarea deAMPc activeaz canale deCa2+ membranare




(d) Receptorii catalitici

CARACTERISTICI

ligandul este un hormon de cretere

Exemplu: STH, insulina

fixarea ligandului determin dimerizareareceptorului

are activitate enzimatic intrinsec caremodific structura altor proteineintracelulare

moduleaz activitatea unor sistemecomplexe de semnalizare intracelular curol în reglarea transcripiei genelor

STH

Insulina




2.2. INTERACIUNEA LIGAND-RECEPTOR

DEFINIIE: totalitatea proceselor fizico-chimice declanate de

fixarea ligandului pe receptorul specific

ETAPEI.Formarea COMPLEXULUI LIGAND-RECEPTOR ACTIVAT

selecia steric a ligandului aflat în concentraii foarte mici(nanograme sau picograme)

fixarea ligandului prin interaciuni fizico-chimice slabe

INTERACIUNEA: bimolecular, reversibil,desfurat secvenial i foarte rapid




modificarea configuraiei structurale a receptorului

modificarea funciei receptorului la extremitatea sa distal

II.Activarea MECANISMULUI DE SEMNALIZARE INTRACELULAR




De tip AGONIST - formarea complexului ligand-receptor activat

determin rspunsul fiziologic specific în proporie de 80-100% DE tip AGONIST PARIAL - formarea complexului ligand-

receptor activat determin rspunsul fiziologic specific în

proporie de 10 - 40%

De tip ANTAGONIST - formarea complexului ligand-receptoractivat NU determin rspunsul fiziologic specific (agonism 0%)

TIPURI DE INTERACIUNI LIGAND ² RECEPTOR



CURS 2 FIZIOLOGIE

MG ANUL I 28

2.3. PROTEINELE G MEMBRANARE

DEFINIIE: proteine ² traductor ataate de faa intern a

membranei, care asigur cuplarea RECEPTORULUI cu EFECTORUL= canal ionic (K+ sau Ca2+) i/sau unitate catalitic (enzim)

STRUCTUR ² 3 subuniti

(a) subunitatea E = GTP-az care asigur funcia i specificitatea

proteinei

form inactiv când fixeaz omolecul de GDP

form activ când fixeaz omolecul de GTP(b) subunitile F i K - formeaz

un complex FK



CURS 2 FIZIOLOGIE

MG ANUL I 29

TIPURI DE PROTEINE GRECEPTOR EFECTOR Mesager secundar

Gs

F1- adrenergici adenilatciclaza oAMPc(o influxul de Ca2+ )

Gi F2- adrenergiciE2 ² adrenergicicolinergici - M2

adenilatciclaza q AMPc(o efluxul de K+)

Gq E1 ² adrenergicicolinergici - M1,M3

fosfolipaza C o IP3, oDAG,o Ca2+- calmodulina

Receptorii adrenergici

(1, 2) i F (F1-F3) ligand NAReceptorii colinergici

nicotinici (N) i muscarinici (M1 ² M3) ligand ACh



CURS 2 FIZIOLOGIE

MG ANUL I 30

ROLURI

activarea unor fluxuri ionice transmembranare (Ca2+, K+)

modificri de potenial membranar

modularea activitii unor enzime membranare i intracelulare

sinteza de mesageri secundari

modularea transcripiei unor gene

sintez de proteine i modificri structurale specifice




31

2.4.SISTEME DE SEMNALIZARE INTRACELULAR

DEFINIIE: sisteme complexe de proteine membranare i

intracelulare care transform informaia purtat de mesagerii

primari în rspuns celular specific

CLASIFICARE

sistemul adenilatciclaz ² AMPc

sistemul guanilatciclaz ² GMPc

sistemul derivailor de fosfatidil ²

inozitol (IP3, DAG) sistemul Ca2+ - calmodulin




32

I.Mesagerul PRIMAR (de ordinul I)

acioneaz pe receptori membranari specifici determin activarea mesagerilor secundari

II. Mesagerul SECUNDAR (ordinul II) amplific informaia de 10 x activeaz mesagerii teriari (PK)

III. Mesagerul TERIAR (ordinul III) amplific informaia de 100 x

prin activarea ´masei criticeµ de proteine intracelulare careasigur RSPUNSUL CELULAR = modificri funcionale,

metabolice i structurale ale celulei

SCHEMA GENERAL DE FUNCIONARE




33

(a) Sistemul adenilatciclaz - AMPc

CARACTERISTICI

cel mai important sistem de semnalizare intracelular asociatreceptorilor membranari cuplai cu proteinele Gs i Gi

formarea AMPc are sub aciunea adenilatciclazei degradarea AMPc are sub aciunea AMPc ² fosfodiesterazei

are asociat cu proteinkinaza A (PKA) ca mesager teriar




34

ROLURI

mediaz efectele celulare ale neurotransmitorilor i hormonilor

polipeptidiciNeurotransmitori

- rspunsul postsinaptic

- sinteza de proteine neuronale

Hormoni polipeptidici- metabolism celular

- secreie celular




35

(b) Sistemul guanilatciclaz - GMPc

CARACTERISTICI

formarea GMPc are sub aciunea guanilatciclazei (GC) form membranar (GCm) form citoplasmatic sau solubil (GCs)

degradarea GMPc are loc sub aciunea GMPc ² fosfodiesterazei are ataat proteinkinaza G (PKG) ca mesager teriar




36

ROLURI

(a) Relaxarea musculaturii netede vasculare

peptidul natriuretic atrial (ANP) activeaz GCm oxidul nitric (NO) activeaz GCs

(b) Mediaz o parte din efectele acetilcolinei asupra receptorilormuscarinici (cuplai cu GCm) deschidera canalelor de K+




37

(c) Sistemul derivailor de fosfatidil-inozitol

IP3 i DAG se formeaz din inozitolfosfolipidele (PIP2)

membranare sub aciunea fosfolipazei C membranare, activatde proteina Gq cuplat cu receptorii E1 ² adrenergici i colinergici(M1,M3)

DAG are ataat proteinkinaza C membranar (PKC) ca mesagerteriar




38

ROLURI

(a) Regleaz activitatea contractil a fibrei musculare netede

IP3 activeaz canale de Ca2+ din membrana reticululuisarcoplasmatic eliberarea Ca2+ în citoplasm cu activareacontraciei musculare

DAG activeaz sistemul PKC

modularea contraciei muchiului netedreglarea metabolismului celular

(b) Mediaz efectele celulare pentru:

neurotransmitori (ex: noradrenalina, adrenalina, etc) neurohormoni hipotalamici (ex: TRH, ADH, oxitocin, etc)

hormoni gastro ² intestinali (ex: gastrina, colecistokinina, etc)




39

(d) Sistemul Ca2+ - CALMODULIN

CARACTERISTICI

cel mai complex sistem de semnalizare intracelular activat prin creterea Ca2+ citosolic inactivat prin scderea Ca2+ citosolic

Canalul de Ca2+

- sarcolem

- membrana RS

Pompa de Ca2+

- sarcolem

- membrana RS

oCa2+

q Ca2+



CURS 2 FIZIOLOGIE

MG ANUL I40

ROLURI

(a) Declaneaz contracia fibrei musculare netede prin activarea

myosin light C kinasei (MLCK) fosforileaz lanul uor miozinic

Miozina

(b) Mediaz efectele celulare alehormonilor hipotalamici

(c) Moduleaz activitatea enzimelorimplicate în sistemele desemnalizare intracelular CAMPK

Curs 2 Membrana Celulara 2010

Documents

Transcript of Curs 2 Membrana Celulara 2010