Κούρτη Μαρία Βιολόγος, Msc, PhD 10 Μαρτίου 2017 Σχολή Επαγγελμάτων Υγείας – Πρόνοιας Τμήμα Ιατρικών Εργαστηρίων Εργαστήριο Φυσιολογίας Ι Κυτταρική φυσιολογία Κούρτη Μαρία Βιολόγος, Msc, PhD 10 Μαρτίου 2017

ΤΑ ΚΥΤΤΑΡΙΚΑ ΔΙΑΜΕΡΙΣΜΑΤΑ ΟΡΙΟΘΕΤΟΥΝΤΑΙ ΑΠΟ ΜΕΜΒΡΑΝΕΣ

Η ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ Συστατικά: Λειτουργίες: Λιπίδια Πρωτεΐνες Η λιπιδική διπλοστιβάδα αποτελεί τη βάση της κυτταρικής μεμβράνης Συστατικά: Λιπίδια Πρωτεΐνες Υδατάνθρακες Λειτουργίες: Λειτουργεί ως φραγμός εμποδίζοντας το περιεχόμενο του κυττάρου να διαφύγει Επιτρέπει την επιλεκτική είσοδο και έξοδο μορίων από το κύτταρο Είναι υπεύθυνη για τη λήψη και τη μεταβίβαση μηνυμάτων εντός του κυττάρου Συμμετοχή στην κίνηση και την επέκταση του κυττάρου

ΔΟΜΙΚΑ ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ ΤΗΣ ΛΙΠΙΔΙΚΗΣ ΔΙΠΛΟΣΤΙΒΑΔΑΣ ΛΙΠΙΔΙΑ: Φωσφολιπίδια Γλυκολιπίδια Στερόλες: Χοληστερόλη (στα ζωικά κύτταρα) ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ: Διαμεμβρανικές Περιφερειακές Συνδεόμενες με λιπίδια Μοντέλο Ρευστού Μωσαϊκού: συνεχής κίνηση των δομικών μορίων Ω

ΦΩΣΦΟΛΙΠΙΔΙΑ Αμφιπολικά ή αμφιπαθή μόρια: μια υδρόφιλη κεφαλή και μια υδρόφοβη ουρά Ηλεκτροστατικές δυνάμεις και δεσμοί υδρογόνου μεταξύ των πολικών κεφαλών Υδροφοβικές αλληλεπιδράσεις και δυνάμεις van der Waals μεταξύ των υδρογονανθρακικών ουρών

ΔΟΜΕΣ ΠΟΥ ΣΧΗΜΑΤΙΖΟΥΝ ΤΑ ΦΩΣΦΟΛΙΠΙΔΙΑ Σε υδάτινο περιβάλλον, τα φωσφολιπίδια και τα γλυκολιπίδια συγκροτούνται αυθόρμητα σε διμοριακές διπλοστιβάδες Αντίθετα, οι σάπωνες, σχηματίζουν μυκκύλια, μία αλυσίδα λιπιδίων Λιπιδικά κυστίδια αποτελούμενα από λιπιδική διπλοστιβάδα Εφαρμογή: μεταφορά φαρμάκων μέσα στα κύτταρα Σαπούνι

Ρόλος των λιποσωμάτων

ΓΛΥΚΟΛΙΠΙΔΙΑ

ΧΟΛΗΣΤΕΡΟΛΗ Παρεμβάλλεται ανάμεσα στις αλυσίδες των λιπαρών οξέων των φωσφολιπιδίων Σταθεροποίηση δομής της κυτταρικής μεμβράνης

Πειραματικά ερωτήματα: Πώς μπορούμε πειραματικά να διαπιστώσουμε τον αυθόρμητο σχηματισμό λιπιδικής στιβάδας από τα φωσφολιπίδια; Σε 2 τρυβλία ρίχνουμε διάλυμα αιθέρα 6%. Προσθέτουμε σε ένα τρυβλίο λιπίδια.Πχ κερί από το αυτί. Πλησιάζουμε αναμμλένο σπίρτο πάνω από την επιφάνεια και των δύο τρυβλίων. Σχηματισμός λιπιδικής στιβάδας Γι΄αυτό δεν υπάρχει ανάφλεξη

Παράγοντες που επηρεάζουν τη ρευστότητα/διαπερατότητα της κυτταρικής μεμβράνης Θερμοκρασία θερμοκρασίας Ρευστότητας/ διαπερατότητας Θερμοκρασία μετάπτωσης

Παράγοντες που επηρεάζουν τη ρευστότητα/διαπερατότητα της κυτταρικής μεμβράνης Το μήκος της υδρογονανθρακικής αλυσίδας των λιπαρών οξέων μήκους Ρευστότητας/ διαπερατότητας Περιεκτικότητα σε στερόλες (χοληστερόλη) στερολών διαπερατότητας

Παράγοντες που επηρεάζουν τη ρευστότητα/διαπερατότητα της κυτταρικής μεμβράνης Περιεκτικότητα σε κορεσμένα – ακόρεστα λιπαρά οξέα κορεσμένων διαπερατότητας trans Μικρή διαπερατότητα, μικρή ρευστότητα Λιπιδική διπλοστιβάδα με κορεσμένα λιπαρά οξέα Λιπιδική διπλοστιβάδα με πολλά ακόρεστα λιπαρά οξέα Μεγάλη διαπερατότητα, μεγάλη ρευστότητα cis ακόρεστων διαπερατότητας

Πώς μπορεί να διαπιστωθεί πειραματικά η επίδραση της θερμοκρασίας στη διαπερατότητα της κυτταρικής μεμβράνης ;

Ποια είναι η επίδραση της αιθανόλης στη διαπερατότητα της κυτταρικής μεμβράνης ; 10% 20% 40% 50% 70% Συγκέντρωση αιθανόλης Αύξηση της μεμβρανικής διαπερατότητας λόγω: Αλλαγή στη λιπιδική σύσταση της μεμβράνης:επικράτηση ακόρεστων λιπαρών οξέων Αύξηση του pH

Ερωτήσεις: Ποια τα δομικά συστατικά της κυτταρικής μεμβράνης; Ποιες δομές σχηματίζουν τα φωσφολιπίδια και ποια είναι η σημασία τους; Πώς αποδεικνύεται πειραματικά ο σχηματισμός λιπιδικής στιβάδας σε υδατικό μέσο; Πώς επηρεάζει η θερμοκρασία τη διαπερατότητα της κυτταρικής μεμβράνης; Περιγράψτε ένα πείραμα για να το διαπιστώσετε. Πώς επιδρά η χαμηλή και η υψηλή συγκέντρωση οργανικού διαλύτη στη διαπερατότητα μιας βιολογικής μεμβράνης; Περιγράψτε ένα πείραμα για να το αποδείξετε.

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΕΣ ΜΕΜΒΡΑΝΙΚΩΝ ΠΡΩΤΕΙΝΩΝ Μεταφορείς: Μεταφορά θρεπτικών ουσιών, ιόντων και μεταβολιτών Συνδέτες: προσδένουν άλλες πρωτεΐνες εντός και/ή εκτός του κυττάρου Υποδοχείς: μεταβίβαση χημικού σήματος εντός του κυττάρου Ένζυμα: καταλύουν συγκεκριμένες αντιδράσεις

ΜΕΜΒΡΑΝΙΚΟΙ ΥΠΟΔΟΧΕΙΣ Υποδοχείς που συνδέονται με διαύλους ιόντων Υποδοχείς που συνδέονται με ένζυμα Υποδοχείς που συνδέονται με G πρωτεΐνες Ιντεγκρίνες

ΕΝΔΟΚΥΤΤΑΡΙΑ ΣΗΜΑΤΟΔΟΤΗΣΗ ΜΕΣΩ ΥΠΟΔΟΧΕΑ

Υποδοχείς που διασυνδέονται με διαύλους ιόντων 1. Σύνδεση προσδέματος στον υποδοχέα 1. Σύνδεση προσδέματος στον υποδοχέα 2. Αλλαγή διαμόρφωσης υποδοχέα 4. Απομάκρυνση προσδέματος και κλείσιμο υποδοχέα 3. Άνοιγμα υποδοχέα και διέλευση ιόντων Μετατρέπουν το χημικό σήμα σε ηλεκτρικό. Άφθονοι στο νευρικό σύστημα και στα μυϊκά κύτταρα.

Υποδοχείς που διασυνδέονται με G πρωτεΐνες (GPCRs) Περιέχουν 7 διαμεμβρανικές έλικες, ένα εξωκυττάριο αμινοτελικό άκρο και ένα ενδοκυτταρικό καρβοξιτελικό άκρο. Οι GPCRs είναι γνωστοί για τις φυσιολογικές τους λειτουργίες, όπως είναι η νευροδιαβίβαση, η όραση, η όσφρηση και δράση ορμονών. Πχ. Ροδοψίνη: φωτοευαίσθητη πρωτεΐνη των φωτουποδοχέων στους οφθαλμούς των σπονδυλωτών

Προσδέτες Αμίνες: Νορεπινεφρίνη, επινεφρίνη, ντοπαμίνη, ισταμίνη, ακετυλοχολίνη Αμινοξέα και ιόντα: Γλουταμινικό οξύ, Ca2+ Λιπίδια: Λυσοφωσφατιδικό οξύ (LPA), Παράγοντα Ενεργοποίησης Αιμοπεταλίων (PAF), Προσταγλαδίνες, Λευκοτριένια Πεπτίδια και Πρωτεΐνες: Αγγειοτενσίνη, Βραδυκινίνη, Θρομβίνη, Βομβεσίνη, Γλυκαγόνη, Καλσιτονίνη, Παραθυροειδική Ορμόνη (PTH), Ενδορφίνες Νουκλεοτίδια: Αδενοσίνη, Αδενίνη Άλλα: Φερομόνες, Καναβοείδή, Οπιοειδή, Οσμές

Μετάδοση σήματος από τον GPCR Η α υπομονάδα είναι υπεύθυνη για την ένωση GTP και GDP και την υδρολυση του GTP. Οι β και γ υπομονάδες σχηματίζουν ένα βγ σύμπλεγμα. Σε μη διεγερμένη κατάσταση τόσο ο υποδοχέας όσο και οι G-πρωτεΐνες δεν έρχονται σε επαφή. Όταν το εξωκυττάριο μόριο (ορμόνη) ενεργοποιήσει τον υποδοχέα τότε οι G-πρωτεΐνες προσδένονται στον υποδοχέα και η α υπομονάδα ανταλλάσει το GDP με GTP και ενεργοποιείται. Η ενεργή α υπομονάδα απομακρύνεται από το σύμπλοκο βγ και συνδέεται με μια πρωτεΐνη-στόχο και την ενεργοποιεί. Η α υπομονάδα απενεργοποιείται όταν το GTP υδρολυθεί προς GDP, η οποία στη συνέχεια απομακρύνεται από την πρωτεΐνη-στόχο και επανασυνδέεται με το σύμπλκο βγ, σχηματίζοντας ένα ανενεργό σύμπλοκο.

Μετάδοση σήματος από τον GPCR

Παραδείγματα GPCR υποδοχέων

Μουσκαρινικοί Υποδοχείς (mAChRs) Eίναι υποδοχείς ακετυλοχολίνης, στις μεμβράνες των νευρώνων. Aποτελούν τους κύριους τελικούς υποδοχείς που διεγείρονται από την ακετυλοχολίνη, η οποία απελευθερώνεται από μεταγαγγλιακές ίνες του ΠΝΣ. Ονομάστηκαν έτσι διότι είναι πιο ευαίσθητοι στην Μουσκαρίνη από ότι στην Νικοτίνη. Οι G-πρωτείνες με τις οποίες συνδέονται ποικίλουν,ανάλογα με την υποκατηγορία του μουσκαρινικού υποδοχέα. Οι προσδέτες που στοχεύουν στους μουσκαρινικούς υποδοχείς κι έχουν πρόσφατα εγκριθεί για κλινική χρήση περiλαμβάνουν μη εκλεκτικούς ανταγωνiστές για τη θεραπεία του Parkinson, της Χρόνιας Αποφρακτικής Πνευμονοπάθειας.κ.α

Υποδοχείς Σεροτονίνης (5-ΗΤ) Η σεροτονίνη (υδροξυτρυπταμίνη 5-ΗΤ) είναι ένας μονοαμινικός νευροδιαβιβαστής. Πολλές κατηγορίες φαρμάκων στοχεύουν στους 5-ΗΤ υποδοχείς. Π.χ. αντικαταθλιπτικά, αντιψυχωτικά, αγχολυτικά, αντιεμετικά,κατά της ημικρανίας φάρμακα, καθώς και τα ψυχεδελικά ναρκωτικά.

Υποδοχείς που συνδέονται με ένζυμα ΔΟΜΗ Υπάρχουν 3 κατηγορίες: Υποδοχείς με δράση κινάση τυροσίνης Υποδοχείς κυτταροκινών Υποδοχείς με δράση κινάση σερίνης/θρεονίνης

Υποδοχείς με δράση κινάση τυροσίνης Ενεργοποίηση και δράση

Υποδοχείς με δράση κινάση τυροσίνης

Υποδοχείς κυτταροκινών

Υποδοχείς με δράση σερίνης/θρεονίνης

Ερωτήσεις: Ποιοι τύποι μεμβρανικών υποδοχέων υπάρχουν; Πώς γίνεται η μετάδοση του σήματος μέσω των υποδοχέων που συνδέονται με G-πρωτεΐνες; Ποια είναι η δομή των υποδοχέων που συνδέονται με ένζυμα; Ποιες κατηγορίες υποδοχέων που συνδέονται με ένζυμα υπάρχουν και πως δρουν;

Μορφές κυτταρικής σηματοδότησης

Σηματοδότηση που εξαρτάται από επαφή Επαφή σηματοδοτικό μόριο-υποοδοχέας Τα κύτταρα έρχονται σε άμεση επαφή. Δεν υπάρχει εκκρινόμενο μόριο Το μήνυμα μεταδίδεται μέσω πρόσδεσης ενός αγκυροδεμένου μορίου του ενός κυττάρου με έναν υποδοχέα του άλλου κυττάρου. Χασμοσύνδεσμοι Ανοικτοί δίαυλοι που ενώνουν γειτονικά κύτταρα Επιτρέπουν τη διέλευση μικρών υδρόφιλων μορίων όπως, αμινοξέα, νουκλεοτίδια, βιταμίνες κ.α. από το κυτταρόπλασμα του ενός κυττάρου απευθείας στο κυτταρόπλασμα του άλλου.

Παρακρινής σηματοδότηση Τα σηματοδοτικά μόρια εκκρίνονται από ένα κύτταρο στον γειτονικό εξωκυττάριο χώρο και δρουν τοπικά μέσω πρόσδεσης σε υποδοχείς γειτονικών κυττάρων.

Νευρωνική σύναψη Το μήνυμα μεταβιβάζεται κατά μήκος του νευράξονα στις απολήξεις του νευρώνα με τη μορφή ηλεκτρικού σήματος. Μόλις φθάσει στις απολήξεις τα ενδοκυττάρια ηλεκτρικά σήματα μετατρέπονται σε χημική μορφή: νευροδιαβιβαστής. Οι νευροδιαβιβαστές εκκρίνονται στη συνέχεια στη συναπτική σχισμή και προσδένονται στους υποδοχείς του κυττάρου-στόχου.

Ενδοκρινής σηματοδότηση Οι ορμόνες που παράγονται σε ενδοκρινείς αδένες εκκρίνονται στην κυκλοφορία του αίματος και δρουν μέσω πρόσδεσης σε υποδοχείς απομακρυσμένων κυττάρων –στόχων τους.

Ενδοκρινής Σηματοδότηση-Παράδειγμα δράσης Ινσουλίνης