Εύρυθμη λειτουργία ζωτικών οργάνων Κυτταρικούς μηχανισμούς

Παρουσίαση με θέμα: "Εύρυθμη λειτουργία ζωτικών οργάνων Κυτταρικούς μηχανισμούς"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1

2 Εύρυθμη λειτουργία ζωτικών οργάνων Κυτταρικούς μηχανισμούς
Κυριότερο ενδοκυττάριο ιόν Βασικό συστατικό οργανισμού Εύρυθμη λειτουργία ζωτικών οργάνων Κυτταρικούς μηχανισμούς Ενζυμικές αντιδράσεις Πολλοί μηχανισμοί ομοιοστασίας του Ρύθμιση ομοιοστασίας του Ζωτικής Σημασίας

3 Δράσεις Κ+ Ρύθμιση ΑΠ/καρδιακού ρυθμού Λειτουργία μυών
Λειτουργία νευρικού συστήματος Μεταβολισμός λιπών/υδατανθράκων Ανάπτυξη οργανισμού

4 Δράσεις Κ+ και κύτταρο Δυναμικό ηρεμίας κυτταρικών μεμβρανών
Ενδοκυττάριο pH Ωσμωτικότητα Nουκλεϊκά οξέα Πρωτεΐνες/ένζυμα Κυτταρική απόπτωση Αγωγιμότητα νευρικών ινών Μυική σύσπαση Αγγειακό τόνο Κυτταρική ανάπτυξη

5 Προϊστορική δίαιτα  ποσότητες μη επεξεργασμένων ακαλλιέργητων τροφών
Πλούσια σε (HCO3-), Κ+, Glu Μεταγευματική  K+ Κύριο ενδοκυττάριο ιόν: Όλες οι διεργασίες του κυττάρου εξαρτώνται από Κ+ Ινσουλίνη: Ρυθμιστής της ομοιοστασίας κύτταρο

6 Ρύθμιση Κ+ μεταξύ ΕΔΧ- ΕΞΧ
Na+-Κ+-ATPάση: σημαντικότερη ιοντική αντλία σε όλους τους ζωικούς οργανισμούς Ρυθμίζει ενδοκυττάρια κατανομή Κ+/εξωκυττάρια Na+ Ηλεκτροχημικό δυναμικό εκατέρωθεν κ.μ.

7 Na+-Κ+-ATPάση/Δυναμικό ηρεμίας
Κύτταρο = «μπαταρία»: Δυναμικό ηρεμίας -60 έως -80 mV Μετάδοση σημάτων κατά μήκος κ.μ. κυττάρων που διεγείρονται για να δράσουν Doucet, Kidney Int 1988; 34:749

8 Κάλιο και μετάδοση σήματος
Ηλεκτρικά σήματα = αλλαγές δυναμικού ηρεμίας Μεταβολή ροής ρεύματος εκατέρωθεν κ.μ Το ρεύμα μεταφέρεται από ιόντα Ηρεμία Υπερπόλωση Εκπόλωση

9 Οξεοβασικές διαταραχές/μεταβολή Κ+
pH HCO3 Μεταβολή του pH Μεταβολή Κ+ (mEq/L) Μεταβολική Οξέωση Ανόργανα Οξέα Μείωση 0,1 Αύξηση 0,7 Οργανικά Οξέα Μεταβολική Αλκάλωση Αύξηση 0,1 Μείωση 0,3 Αναπνευστική Οξέωση Αναπνευστική Αλκάλωση Μείωση 0,2

10 Ωσμωτικότητα πλάσματος
 Ωσμωτικότητας =  Κ+ ορού  [Glu]  Ωσμ. Κ+ Κύτταρο H2O (συμμεταφορά) (παθητική έξοδος) Conte et al, Kidney Int 1990; 38: 301 Nicolis et al, Arch Intern Med 1981; 41: 49

11 K+ και κυτταρική ανάπτυξη/λειτουργία
Ο οργανισμός για να επιτελέσει λειτουργία - Παράγει πρωτεΐνη: Ενεργοποίηση - Αντιγραφή του DNA Μεταγραφή σε RNA Μετάφραση/πρωτεϊνοσύνθεση

12 Ροή γενετικής πληροφορίας

13 K+ και ελίκωση DNA (1) Ευθύ DNA= Αργό/ δυσλειτουργικό
στρέφεται προς το κατιόν λόγω φορτίου Hamaguchi, J Am Chem Soc 1962; 84: 8 Laundon, Biochem 1987; 26: 13 McFail-Isom, Curr Opin Struct Biol 1999; 9: 3

14 K+ και αντιγραφή DNA (2) Ταχύτητα σε λίγες ώρες αντιγράφονται Ακρίβεια
Πιστότητα σε λίγες ώρες αντιγράφονται Δισ. ζεύγη νουκλεοτιδίων με βοήθεια > 30 ενζύμων και K+ Εκπληκτικη διαδικασια που γινεται με

15   K+ K+ και αντιγραφή DNA (2)  ταχύτητα και πιστότητα Αναγνωρίζει
Κόβει/επιδιορθώνει  K+ Γεμίζει κενό έλικας

16 K+ και μεταγραφή (3) K+ Επιδιόρθωση λάθους Μετάβαση mRNA διαμέσου κ.μ.
Η μεταφορά της γενετικής πληροφορίας από DNA στο ριβόσωμα Πιστότητα διαδικασίας Επιδιόρθωση λάθους Μετάβαση mRNA διαμέσου κ.μ. K+ κατιόντα (K+)

17 K+ και αναδίπλωση RNA (4)
Αναδίπλωση σε 2/3οταγή δομή= βιολ. λειτουργικό Καταλύτης: κατιονικό περιβάλλον (K+) Αναδίπλωση σε τριτοταγή δομή = Προστασία από εξ. επιδράσεις Draper, DE RNA 2004; 10: 3 Pyle, J Biol Inorg Chem 2002; 7: 7-8

18 Σύγκριση K+ με άλλα κατιόντα στη αλληλεπίδραση με DNA/RNA
Καταλύτης: Κατιονικό περιβάλλον in vitro πολλά κατιόντα in vivo: μόνο K+ και Mg2+ 1. Κυριότερο ενδοκυττάριο ιόν Draper, RNA 2004; 10: 3 Pyle, J Biol Inorg Chem 2002; 7: 7-8

19 Σύγκριση K+ με άλλα κατιόντα στη αλληλεπίδραση με DNA/RNA
2. Σχηματίζει ασθενή σύμπλοκα με ιόντα Ο2 Η2Ο Σε αντίθεση με τα υπόλοιπα κατιόντα που επιδρούν ισχυρά με τα άτομα Ο2 του νερού, το K+ έχει μικρό φορτίο και μεγάλη ιοντική ακτίνα (1,33 Å) Τα Ο2 γύρω από το μόριο K+ δεν είναι καλά οργανωμένα Τα ιόντα K+ αφυδατώνονται ταχύτερα, δαπανώντας ελάχιστη ενέργεια Αναγνωρίζουν ειδικότερα τις θέσεις πρόσδεσης στα ΝΟ και προσδένονται πιο ισχυρά Η υπεροχη του καλιου εναντι των αλλων κατιοντων οσον αφορα τη αλληλεπίδραση με ΝΟ αφορά τις ηλεκτροχημικες του ιδιοτητες Σε ελευθερη κατασταση όλα τα κατιοντα λογω φορτιου αντιδρουν με τα αρνητικα φορτισμενα ατομα οξυγονου και σχηματιζουν συμπλοκα με το νερο. Όταν λοιπον συναντησουν σε αυτή τη μορφη τα ΝΟ αφυδατωνονται και κατοπιν αλληλεπιδρουν για να καταλυσουν την ελικωση η την αναδιπλωση τους αντιστοιχα. Σε αντιθεση με τα υπολοιπα κατιοντα που σχηματιζουν ισχυρα συμπλοκα με το νερο, το καλιο εχει μεγαλη ιοντικη ακτινα και όταν συναντηθεί το ιόν K+ με ένα μόριο νουκλεϊκού οξέος δαπανάται ελάχιστη ενέργεια, αφυδατώνεται σε δευτερόλεπτα και προσδένεται ταχέως σε αυτό Συνεπώς, τα ιόντα K+ αφυδατώνονται πιο γρήγορα, αναγνωρίζουν καλύτερα τις θέσεις πρόσδεσης στο DNA και RNA και προσδένονται πιο ισχυρά Draper DE RNA 2004; 10: 3 Pyle, J Biol Inorg Chem 2002; 7: 7-8

20 Σύγκριση K+ με άλλα κατιόντα στη αλληλεπίδραση με DNA/RNA
Όταν αλληλεπιδρά με τα ΝΟ σχηματίζει σύμπλοκα : 3. ελάχιστη ενέργεια 4. περισσότερες θέσεις σύνδεσης ( μέγεθος) 5.  ηλεκτροχημική σταθερότητα  προστασία από εξωτερικούς παράγοντες (ακτινοβολία, τοξίνες, ελεύθερες ρίζες)

21 K+ και πρωτεϊνοσύνθεση (5)
Αλλάζει δομή / λειτουργία ριβοσώματος Σύνδεση mRNA Σύνδεση του tRNA Πεπτ. δεσμοί μεταξύ αμινοξέων Λήξη - πιστότητα 3ο Ριβοσωματικό συστατικό Klein, DJ RNA 2004; 10: 9

22 K+ και ενεργοποίηση ενζύμων (6)
Αμέσως μετά τη μετάφραση, οι νεοσύστατες πρωτεΐνες/ένζυμα είναι συνήθως αδρανείς K+ K+ K+ K+ K+ τα ιόντα K+ προσδένονται στις πρωτεΐνες για να: σταθεροποιήσουν τη δομή τους γίνουν βιολογικά ενεργές να παρέχουν ιδεατή πρόσδεση στο κατάλληλο υπόστρωμα

23 K+ και ενεργοποίηση ενζύμων (6)
Κ+ : Μεσολαβητής ώστε το υπόστρωμα να αναγνωρίσει και να προσδεθεί στο ενεργό κέντρο Αλλοστερικά ένζυμα Κ+ : Προσδένεται στο ίδιο το ένζυμο, αλλάζει τη στερεοχημεία/δομή του και η νέα μορφή προσελκύει το υπόστρωμα Vasak, The alkali metal ions: Their role for life 2016;

24 Το K+ είναι απαραίτητο για την ενδοκυττάρια ζωή
Αναπαραγωγή DNA

25 Χαμηλή συγκέντρωση K+ = κυτταρικός θάνατος (απόπτωση)

26 K+ και κυτταρική απόπτωση
 ενδοκυττάριου Κ+ οδηγεί σε: ανενεργό ριβόσωμα Yu, Progr Neurobiol 2003; 70: 4 Hughes, Adv Enz Regul 1999; 39: 1

27 K+ και κυτταρική απόπτωση
Τα μακρολίδια εμποδίζουν τη σύνδεση του Κ+ στο ριβόσωμα αποδόμηση της κυτταρικής μεμβράνης και θάνατο του βακτηρίου 1η αλλαγή του ενδοκυττάριου περιβάλλοντος στην κυτταρική απόπτωση: Απότομη/μεγάλη  Κ+ Yu, Progr Neurobiol 2003; 70: 4 Hughes, Adv Enz Regul 1999; 39: 1

28 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΙΚΑ

29 2,8 - 3,3 g (72 - 84 mmol) 2,2 - 2,6 g (56 – 66 mmol) > 4,7 g
Αρτηριακή υπέρταση Νατριοευαισθησία Νεφρολιθίαση Οστεοπόρωση Αγγειακά εγκεφαλικά επεισόδια 2,2 - 2,6 g (56 – 66 mmol) Συνιστώμενη: > 4,7 g (120 mmol/day)

30 Ευχαριστώ για την προσοχή σας
Δεν υπάρχει λες καμιά πιο εύκολη λύση για να προσλάβουμε κάλιο?