Curs 2 Membrana Celulara 2011

CURS 2 FIZIOLOGIEMG ANUL I

Şef.lucr.dr.LAVINIA NOVEANU 1

Curs 2.FIZIOLOGIA MEMBRANEI CELULARE

CUPRINS1.Funcţia de transport a membranei celulare Transportul activ1.1. Transportul activ primar

1.2. Transportul activ secundar

1.3. Pompele ionice

2. Funcţia membranei în transferul de informaţie 2.1. Receptorii membranari2.2. Interacţiunea ligand-receptor2.3. Proteinele G membranare2.4. Sisteme de semnalizare intracelulare



OBIECTIVELE CURSULUI 2 – Studentul trebuie să:Definească principalele caracteristici ale transportului activmembranar şi ale principalelor tipuri de pompe ioniceÎnţeleagă diferenţa dintre transportul activ şi transportul pasiv, dintre transportul activ primar şi transportul activ secundarCunoască mecanismul general de funcţionare şi rolurile pompei Na+/K+, pompei de Ca2+, pompei H+/K+ şi a pompelor protonice Discute rolul mecanismelor de transport activ în generarea gradientelor fizice care întreţin transportul pasivDiscute despre importanţa transportului activ în schimburile transmembranare de la nivelul suprafeţelor de schimb epiteliale (digestive, renale)Definească şi să clasifice receptorii membranari Cunoască diferenţa dintre răspunsul celular de tip agonist/antagonist Definească şi să descrie schema generală de funcţionare şi rolurile principale ale sistemelor de semnalizare intracelulară



1. FUNCŢIA DE TRANSPORT A MEMBRANEI

TRANSPORTUL ACTIV (S4.slide 3-17)

CARACTERISTICI

se desfăşoară împotriva gradientului electrochimic

este specific necesită o proteină transportoare specifică

necesită consum energetic (ATP)

este dependent de energetica celulară şi condiţiile de mediu

are caracter limitativ se desfăşoară până la Tmax dependent

numai de capacitatea transportorului

poate fi competitiv pentru substanţe înrudite chimic care au

acelaşi transportor (ex:aminoacizii)

Transport activ



CLASIFICARE - după modalitatea de utilizare a ENERGIEI

transport activ primarconsum direct al energiei

transport activ secundarconsum indirect al energiei

ROLURIasigură transportul moleculelor organice (glucoza, aminoacizi) şi a majorităţii ionilor (Na+, K+, Ca2+, PO3

-, Fe2+, H+, etc.)asigură diferenţa de concentraţie a substanţelor între mediul intracelular şi extracelular întreţine mecanismele de transport pasiv

prin utilizarea gradientului de concentraţie ionică asiguratprin transport activ primar



1.1. TRANSPORTUL ACTIV PRIMAR

CARACTERISTICI

este specific pentru transportul ionilor

proteina transportoare se numeşte POMPĂ IONICĂ

proteina transportoare este o ATP- ază

ATP → ADP + Pi + E

TIPURI DE POMPE IONICEpompa Na+/K+ (Na+/K+- ATP-aza) pompa H+/K+ (H+/K+- ATP-aza)pompa de Ca2+ (Ca2+ - ATP-aza)pompele protonice (H+- ATP-aze)

Pompa Na+/K+



1.2. TRANSPORTUL ACTIV SECUNDAR

CARACTERISTICI

este transportul contragradient al unei substanţe organice sau aunor ioni

este un transport cuplat cel mai frecvent cu transportul Na+

se desfăşoară în sensul gradientului electrochimic al Na+ întreţinut de pompa Na+/K+ (prin consum de energie)

Pompa Na+/K+ Cotransportori Schimbători ionici



CLASIFICARE: în funcţie de direcţia de transfer cuplată cu Na+

Cotransport – în aceeaşi direcţie cu Na+

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

Schimbător ionic – în direcţie opusă cu Na+

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

Pompa Na+/K+ Cotransportori Schimbători ionici



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

concentraţie al HCO3- determinat de activitatea anhidrazei

carbonice (CA) CO2 + H20 → H2CO3 → HCO3- + H+

Eritrocit → rol în echilibrul acido – bazic prin producţie de HCO3-

Celula parietală gastrică → rol în secreţia de HCl

Nefrocit → rol în echilibrul acido – bazic prin acidifierea urinii

Eritrocit Nefrocit

CA

Celula parietală gastrică

au toate caracteristicile şi rolurile transportului activ primar

1.3. POMPELE IONICE

SECVENŢA GENERALĂ DE FUNCŢIONARE A POMPELOR IONICE

1.Fixarea ionulului pe partea unde aceasta se găseşte în

concentraţia mai mică

2.Fixarea 1 ATP la nivelul situsului nucleotidic urmată de hidroliză

ATP → ADP + Pi + E

Pompa de Ca2+





gruparea fosfat (Pi) este utilizată pentru creşterea afinităţii pompei faţă de ionenergia (E) este utilizată pentru modificarea de conformaţiea proteinei transportoare

3.Eliberarea ionul pe partea cu concentraţie mai mare:

situsul nucleotidic eliberează produşii de hidroliză ai ATP

proteina transportoare revine la conformaţia iniţială

Pompa de Ca2+



FUNCŢIILE GENERALE ALE POMPELOR IONICE

La nivelul epiteliilor generarea gradientelor fizice care întreţin transportul pasivtransmembranarrol important în procese de absorbţie/reabsorbţie de la nivelul suprafeţelor de schimb epiteliale (digestive, renale)

La nivelul neuronului menţinerea şi restabilirea echilibrului ionic după depolarizare (pompa Na+/K+)

La nivelul fibrei muscularedeclanşarea relaxării musculare(pompa Ca2+)Na+ Glucoză

Glucoză

Na+

Na+

Na+



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

CARACTERISTICI

cea mai importantă ATP-ază de transport

transportă 3 Na+ spre exterior şi 2 K+ spre interior pentru1 ATPeste mare consumatoare de energie

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

STRUCTURĂ

două subunităţi α cu rol catalitic

două subunităţi β cu rol reglator



Subunităţile α - rol catalitic prezintă la interior:situsuri de fixare pentru 3 Na+

situs de fixare pentru 1 ATPsitus de fosforilare pentru 1 Pi prezintă la exterior:situsuri de fixare pentru 2K+

Subunităţile β - au rol reglator:translocarea pompei din citoplasmă în membranădistribuţia polarizată a pompelor pe suprafaţa celulară → la polul bazal al celulelor



ROLURILE pompei Na+/K+ asigură HOMEOSTAZIA CELULARĂpompă electrogenică → încărcare electronegativă la interior

- menţine potenţialul de repaus

- reface echilibrul ionic după depolarizare

- activată în exces ⇒ hiperpolarizare

- inhibată în exces ⇒ depolarizare uşoară

asigură gradientul de Na+ necesar transportului activ secundarparticipă la menţinerea volumului celular (H2O urmează Na+)

REGLAREA ACTIVITĂŢII pompei Na+/K+

activare: insulină, hormoni tiroidieni, catecolaminecreşterea volumului celular

inhibiţie: ouabaină (specific), tonicardiace (digoxin)



(b) Pompa de Ca2+

LOCALIZARE: în fibra musculară

la nivelul sarcolemei → expulzează 2 Ca2+ în mediul extracelular

la nivelul membranei RS → recaptează 2 Ca2+ din citoplasmă

ROL: scăderea Ca2+ citosolic ⇒ relaxare musculară

Pompa de Ca2+RETICUL SARCOPLASMATIC (RS)



(c) Pompa H+/K+

LOCALIZARE: în epitelii transportă în celulă 1 K+ la schimb cu 1 H+

celula parietală gastrică → formarea HClnefrocit → acidifierea urinii şi echilibrul acido-bazic

Celula parietală gastrică Nefrocit



(d) Pompele protonice (de H+) LOCALIZAREmembranele mitocondriale → transportul electronilor în timpul

fosforilării oxidative (producţie de ATP)

nefrocit → acidiferea urinii şi echilibrul acido-bazic

NefrocitMitocondrie



2. FUNCŢIA MEMBRANEI ÎN TRANSFERUL DE INFORMAŢIE

INFORMAŢIA = totalitatea semnalelor biochimice transmise de substanţe biologic active (mesageri primari, de ordinul I) care interacţionează cu receptori specifici şi declanşează un răspuns celular specific

MESAGERII PRIMARI cu acţiune pe receptori membranari:

Neurotransmiţători - mediatori chimici în cadrul unei sinapse



Hormoni endocrini - secretaţi în sânge (acţiune endocrină)

Hormoni tisulari - secretaţi local (acţiune paracrină sau autocrină)

Acţiune paracrină Acţiune autocrină



2.1. RECEPTORII MEMBRANARI (S5.slide 20-27)

DEFINIŢIE: proteine integrale complexe care captează, amplifică

şi modulează informaţia primită de la mesagerii primari

CLASIFICARE

în raport cu modalitatea de semnalizare intracelulară

receptori proteină - canal ionic

receptori cuplaţi cu o enzimă membranară

receptori cuplaţi cu proteina G membranară

receptori catalitici



(a) Receptorii proteină – canal ionicCARACTERISTICĂ: ligandul ataşat de receptorul specific deschide un canal ionic flux ionic depolarizant sau hiperpolarizant

EXEMPLU: acetilcolina (ACh) deschide canalele de Na+ din structura receptorului nicotinic situat în membrana postsinaptică a plăcii motorii influx de Na+ cu efect depolarizant



(b) Receptorii cuplaţi cu o enzimă membranară

CARACTERISTICĂ: ligandul ataşat de receptorul specific determină activarea unei enzime membranare cuplată cu receptorul pe faţa internă a membranei sintetiza unui mesager secundar

EXEMPLU: acetilcolina (ACh) se fixează de receptorul muscarinicde la nivelul fibrei musculare netede vasculare activarea guanilatciclazei membranare (GCm) cu formare de GMPc



(c) Receptorii cuplaţi cu proteina G membranară

CARACTERISTICĂ: ligandul ataşat de receptorul specific activează proteina G membranară care cuplează RECEPTORUL cuEFECTORUL: un canal ionic (de Ca2+ sau K+) sau o unitate catalitică (enzimă membranară, intracelulară,factori de transcripţie)

EXEMPLU: noradrenalina acţionează pe receptorii β-adrenergici cuplaţi prin proteina Gs cu adenilat-ciclaza, iar generarea de AMPc activează canale de Ca2+ membranare



STH

Insulina

(d) Receptorii catalitici

CARACTERISTICI

ligandul este un hormon de creştere

Exemplu: STH, insulina

fixarea ligandului determină dimerizareareceptorului

are activitate enzimatică intrinsecă care modifică structura altor proteine intracelulare

modulează activitatea unor sisteme complexe de semnalizare intracelulară cu rol în reglarea transcripţiei genelor



2.2. INTERACŢIUNEA LIGAND-RECEPTOR

DEFINIŢIE: totalitatea proceselor fizico-chimice declanşate de

fixarea ligandului pe receptorul specific

ETAPEI.Formarea COMPLEXULUI LIGAND-RECEPTOR ACTIVAT

selecţia sterică a ligandului aflat în concentraţii foarte mici

(nanograme sau picograme)

fixarea ligandului prin interacţiuni fizico-chimice slabe

INTERACŢIUNEA: bimoleculară, reversibilă,

desfăşurată secvenţial şi foarte rapid



II.Activarea MECANISMULUI DE SEMNALIZARE INTRACELULARĂ

modificarea configuraţiei structurale a receptorului

modificarea funcţiei receptorului la extremitatea sa distală



TIPURI DE INTERACŢIUNI LIGAND – RECEPTOR

De tip AGONIST - formarea complexului ligand-receptor activat determină răspunsul fiziologic specific în proporţie de 80-100%

DE tip AGONIST PARŢIAL - formarea complexului ligand-receptor activat determină răspunsul fiziologic specific în proporţie de 10 - 40%

De tip ANTAGONIST - formarea complexului ligand-receptor activat NU determină răspunsul fiziologic specific (agonism 0%)



2.3. PROTEINELE G MEMBRANARE (S6.slide 28-30)

DEFINIŢIE: proteine – traductor ataşate de faţa internă a membranei, care asigură cuplarea RECEPTORULUI cu EFECTORUL= canal ionic (K+ sau Ca2+) şi/sau unitate catalitică (enzimă)

STRUCTURĂ – 3 subunităţi(a) subunitatea α = GTP-ază care asigură funcţia şi specificitatea proteinei

formă inactivă când fixează o moleculă de GDPformă activă când fixează o moleculă de GTP

(b) subunităţile β şi γ - formează un complex βγ



TIPURI DE PROTEINE GRECEPTOR EFECTOR Mesager secundar

Gs β1- adrenergici adenilatciclaza ↑AMPc(↑ influxul de Ca2+ )

Gi β2- adrenergiciα2 – adrenergicicolinergici - M2

adenilatciclaza ↓ AMPc(↑ efluxul de K+)

Gq α1 – adrenergicicolinergici - M1,M3

fosfolipaza C ↑ IP3, ↑DAG, ↑ Ca2+- calmodulina

Receptorii adrenergiciα (α1, α2) şi β (β1-β3)

ligand NAReceptorii colinergici

nicotinici (N) şi muscarinici (M1 – M3) ligand ACh



ROLURIactivarea unor fluxuri ionice transmembranare (Ca2+

, K+)

modificări de potenţial membranar

modularea activităţii unor enzime membranare şi intracelulare

sinteza de mesageri secundari

modularea transcripţiei unor gene

sinteză de proteine şi modificări structurale specifice



2.4.SISTEME DE SEMNALIZARE INTRACELULARĂ(S7.slide 31-40)

DEFINIŢIE: sisteme complexe de proteine membranare şi

intracelulare care transformă informaţia purtată de mesagerii

primari în răspuns celular specific

CLASIFICARE

sistemul adenilatciclază – AMPc

sistemul guanilatciclază – GMPc

sistemul derivaţilor de fosfatidil –

inozitol (IP3, DAG)

sistemul Ca2+ - calmodulină



SCHEMA GENERALĂ DE FUNCŢIONARE

I.Mesagerul PRIMAR (de ordinul I)

acţionează pe receptori membranari specifici

determină activarea mesagerilor secundari

II. Mesagerul SECUNDAR (ordinul II) amplifică informaţia de 10 x activează mesagerii terţiari (PK)

III. Mesagerul TERŢIAR (ordinul III) amplifică informaţia de 100 x

prin activarea “masei critice” de proteine intracelulare care asigură RĂSPUNSUL CELULAR = modificări funcţionale, metabolice şi structurale ale celulei



(a) Sistemul adenilatciclază - AMPc

CARACTERISTICI cel mai important sistem de semnalizare intracelulară asociat receptorilor membranari cuplaţi cu proteinele Gs şi Giformarea AMPc are sub acţiunea adenilatciclazeidegradarea AMPc are sub acţiunea AMPc – fosfodiesterazeiare asociată cu proteinkinaza A (PKA) ca mesager terţiar



ROLURI

mediază efectele celulare ale neurotransmiţătorilor şi hormonilor polipeptidici

Neurotransmiţători

- răspunsul postsinaptic

- sinteza de proteine neuronale

Hormoni polipeptidici

- metabolism celular

- secreţie celulară



(b) Sistemul guanilatciclază - GMPcCARACTERISTICIformarea GMPc are sub acţiunea guanilatciclazei (GC)

formă membranară (GCm) formă citoplasmatică sau solubilă (GCs)

degradarea GMPc are loc sub acţiunea GMPc – fosfodiesterazeiare ataşată proteinkinaza G (PKG) ca mesager terţiar



ROLURI

(a) Relaxarea musculaturii netede vascularepeptidul natriuretic atrial (ANP) activează GCm oxidul nitric (NO) activează GCs

(b) Mediază o parte din efectele acetilcolinei asupra receptorilor muscarinici (cuplaţi cu GCm) deschidera canalelor de K+



(c) Sistemul derivaţilor de fosfatidil-inozitolIP3 şi DAG se formează din inozitolfosfolipidele (PIP2) membranare sub acţiunea fosfolipazei C membranare, activată de proteina Gq cuplată cu receptorii α1 – adrenergici şi colinergici (M1,M3)DAG are ataşată proteinkinaza C membranară (PKC) ca mesager terţiar

ROLURI

(a) Reglează activitatea contractilă a fibrei musculare netede

IP3 activează canale de Ca2+ din membrana reticulului sarcoplasmatic ⇒ eliberarea Ca2+ în citoplasmă cu activarea contracţiei musculare

DAG activează sistemul PKC

modularea contracţiei muşchiului neted

reglarea metabolismului celular

(b) Mediază efectele celulare pentru:

neurotransmiţători (ex: noradrenalina, adrenalina, etc)

neurohormoni hipotalamici (ex: TRH, ADH, oxitocină, etc)

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





(d) Sistemul Ca2+ - CALMODULINĂCARACTERISTICI

cel mai complex sistem de semnalizare intracelularăactivat prin creşterea Ca2+ citosolic inactivat prin scăderea Ca2+ citosolic

Canalul de Ca2+

- sarcolemă

- membrana RS

Pompa de Ca2+

- sarcolemă

- membrana RS

↑Ca2+

↓ Ca2+



ROLURI

(a) Declanşează contracţia fibrei musculare netede prin activarea myosin light C kinasei (MLCK) fosforilează lanţul uşor miozinic

Miozina

(b) Mediază efectele celulare ale hormonilor hipotalamici

(c) Modulează activitatea enzimelor implicate în sistemele de semnalizare intracelulară CAMPK

Curs 2 Membrana Celulara 2011

Documents

Transcript of Curs 2 Membrana Celulara 2011