Biologische Membran & Kompartimentierung Flashcards
Am Beispiel von Protonenpumpeninhibitoren, Benzodiazepinen und Lokalanästhetika darstellen, wie Ionentransportmechanismen beeinflusst werden können
Protonenpumpeninhibitoren:
Hemmen die Bildung von Magensäure über die Hemmung der H+/K+-ATPase in den Belegzellen des Magens.
Verwendet bei Behandlung von Magengeschwüren (heliobacterpylori) => irreversible Hemmung durch Bildung von Disulfidbrücken
Benzodiazepinen:
GABA Rezeptor ist wichtigster inhibitorischer Rezeptor im ZNS
- Alkohol oder Benzodiazepinine binden an GABA-R, dadurch wir die Permeabilität für Cl- erhöht (CL- strömt in Zelle ein)
- > steigende negative Ladung der Zelle, Inaktivierung/Hemmung der Potenzialweiterleitung
=> ist Schlaf- bzw. Beruhigungsmittel (Diazepam = Valium)
Lokalanästetika:
Örtlich begrenzte (da nur in gewünschte Region injiziert), reversible Ausschaltung von Schmerzrezeptoren bzw. entsprechenden sensiblen afferenten Nervenfasern
=> d.h. die Weiterleitung des entstehenden Schmerzen kann nicht mehr erfolgen und es herrscht eine gefühlte Schmerzlosigkeit
(Schmerz ist immer noch da, kann aber nicht mehr über Potentiale an Schaltregion weitergeleitet werden,
da entsprechende Kanäle zur Polarisierung der Zelle verschlossen bleiben)
Transportmechanismen am Beispiel von Lipidphasen-, Carrier- und Kanalvermittelter Diffusion darstellen
Diffusion:
Stoff, der in Lösung in unterschiedlichen Regionen unterschiedlich Konzentriert ist, diffundiert frei zwischen den Regionen, bis Konzentration ausgeglichen ist. Das umgebende Lösungsmittel bemüht sich um einen Ausgleich der Konzentration (keine Barriere vorhanden)
Abgrenzung Osmose: Stoff, dessen Konzentration auszugleichen ist, wandert durch selektive Barriere von Bereich erhöhter Konzentration zu Bereich niedriger Konzentration (das Lösungsmittel kann evtl. nicht durch die Barriere diffundieren)
Lipidphasenvermittelte Diffusion:
Transport durch Diffusion durch Lipidphasen hindurch ohne entsprechende “Kanal”proteine
=> ist abhängig von der Größe und Ladung des Stoffes (+ Konzentration)
z.B. Gase
Carriervermittelte Diffusion:
Substrat bindet am Proteintransporter => Bildung eines Transporterkomplexes durch Schließung der Öffnung (Konformationsänderung)
=> Öffnen und Entlassen des Substrates auf der anderen Seite
=> Ursprungswiederhestellung des Transporters.
(langsamer als Kanal, da nie beide Seiten gleichzeitig geöffnet sind)
Kanalvermittelte Diffusion:
Diffusion von Ionen (substratspezifisch), um Gleichgewicht herzustellen (Öffnung in beide Richtungen, daher Diffusion entlang des Gradienten, rein oder raus)
“Türen” des Kanals können geöffnet oder geschlossen werden
Erläutern, wie Agonisten und Antagonisten von Acetylcholinrezeptoren benutzt werden, um die Funktion von Kanälen zu erforschen
- Acetylcholinrezeptor bindet als Substrat den Neurotransmitter Acetylcholin
- Zwei Typen:
1. Nicotinerg - direkt an Na+ Kanal gekoppelt, Substratbindung führt zu Depolarisation der Zelle (Na+ rein)
2. Muscarinerg - indirekt mit K+-Kanälen verbunden, Substratbindung führt zu Hyperpolarisation der Zelle (K+ raus) - treten in verschiedenen Organsystemen gehäuft auf
- Funktion der Kanäle kann erforscht werden durch andere Substanzen, die spezifisch nur an einen der beiden Rezeptortypen binden
Agonisten:
Nicotin: aktiviert nicotinerge ACh-Rezeptoren -> erhöhte psychomotorische Leistungsfähigkeit
Muscarin (aus Fliegenpilz): aktiviert muscarinerge ACh-R -> Pupillenverenging, Schweiß- Speichel- Tränenfluff, Herzlähmung (wird nicht abgebaut, daher Daueraktivierung)
Antagonisten:
Nicotinerg: Pfeilgift (reservibel) und Schlangengift (irreversibel) -> Wirkung and neuromuskulärer Endplatte, schlaffe Muskellähmung, Atemlähmung bei intaktem Herz und ZVS
Muscarinerg: Atropina bella-donne (Tollkirsche) (reversibel) -> Herzfrequenz erhöht, Speichel- Schweiß- Tränenfluss erniedrigt, Darmaktivität erniedrigt. Antidot bei Muscarinvergiftung!
Charakterisierung von Transportmechanismen als primär aktiv, sekundär aktiv, tertiär aktiv und passiv darstellen
primär aktiv:
unmittelbarer Verbrauch von ATP
zB basolaterale Na+/K+-ATPase zwischen Zelle und Basallamina. 3 Na+ raus, 2 K+ rein, nur mit ATP
sekundär aktiv:
Carrier-vermittelter Symport oder Antiport, dessen Antrieb ein Ionengradient ist. Ionengradient wird durch primär aktiven Transport (ATPase) aufrechterhalten -> an sich passiv, aber hängt von Funktio des aktiven Transports ab
zB apikale Glukoseaufnahme in Symport mit Na+, Antrieb ist Ionengradient Na+, der durch Ausschleusung Na+ durch Na+/K+-ATPase aufrecht erhalten wird
tertiär aktiv:
Antrieb durch sekundär aktiven Transport.
zB: apikale Dipeptid-Aufnahme in Symport mit H+. H+-Gradient wird aufrechterhalten durch sekundär aktiven Antiport Na+ (rein)/H+ (raus), der wiederum durch primär aktiven Abtransport von Na+ (raus) an Na+/K+-ATPase getrieben wird
passiv:
geht immer “bergab”
Antrieb: physikalische Kräfte:
Elektrische Spannung/chemische Konzentration -> Elektrochemischer Gradient (Diffusion)
Druck (Filtration)
zB: Kanäle, Uniport-Carrier, Lipidphase der Zellmembran
Transporteigenschaften von Kanälen, Carriern und Transport-ATPasen beschreiben
Transportproteine sind integrale Membranproteine. Es gibt zwei Sorten: Kanäle und Carrier (plus Sonderform der Carrier: Pumpen [-> Transport ATPase])
Gemeinsamkeiten von Carriern und Kanälen
- Bei Epithelzellen: Verteilung asymmetrisch in der apikalen und basolateralen Zellmembran
- Kanäle und Carrier haben zumeist hohe Spezifität für den Transport einzelner Substanzen oder Gruppen ähnlicher Substanzen
Eigenschaften von Kanälen
• Die meisten (aber nicht alle) Kanäle können ihre Durchlässigkeit sprunghaft zwischen offen und
geschlossen bzw. inaktiviert variieren = gating
• Kein schnelles gating haben:
° Wasserkanäle (Aquaporine)
° Kanäle in den Schlussleisten zwischen Epithelzellen (Claudine)
• Aktivierung bzw. Induktion von Kanälen durch:
° Spannung
° Liganden, direkt und indirekt
° Dehnung bzw. Schwellung
° Temperatur
° Hormone
° Second messenger
Eigenschaften von Carriern
• werden (ungenau) auch als Transporter bezeichnet: “channels and transporters” = “channels and
carriers”
• Transport in Carriern:
° stöchiometrisch fassbare chemische Reaktion
° Konformationsänderung des Carriers bei jedem Durchtritt
- Carrier ist immer einseitig geschlossen
- Molekül geht rein, bindet, hintere Seite schließt, vordere Seite öffnet sich, Molekül raus
° zu keinem Zeitpunkt komplett durchlässig
° kein gating
• sind zum Symport oder Antiport befähigt
° -> ermöglicht Flusskopplung
Endo-, Exo- und Transzytose als Transportmechanismen erläutern
Zytose:
zelluläre Transportvorgänge durch Membranvesikulationen
Endozytose:
Aufnahme (rezeptorvermittelt): Bindung an Rezeptor -> Einstülpung -> Vesikelbildung -> Transport an Zielort
Phagozytose: große, feste Teilchen
Pinozyose: unspezifisch, Flüssigkeit
Exozytose
Abgabe (rezeptorvermittelt): Vesikel -> Beförderung an Membran -> Verschmilzen der Vesikelmembran mit Zellmembran -> Stoffe aus Zelle raus
Transzytose
Transport durch Zelle hindurch (evtl. Endo- + Exozytose ohne Einwirken auf Stoff?)
Am Beispiel der ABC-Transporter exemplarisch darstellen können, wie Arzneimittel durch carriervermittelten Transport über Zellmembranen aufgenommen werden können
ABC Transporter: P-Glycoproteine verhindert effizient die Passage von toxischen Substanzen in sensible
Organe, reduziert dadurch die Absorption und demzufolge die Wirksamkeit von Arzneistoffen.
P-Glykoprotein (ABCB) Wirkung:
- Zytostatika werden durch die P-gp-Pumpe aus der Tumorzelle ausgeschleust
- Antibiotika werden durch die P-gp-Pumpe aus dem Bakterium ausgeschleust
- Neurotoxine werden durch die P-gp-Pumpe aus den Gehirnzellen über die Blut-Hirn-Schranke in den
Blutkreislauf zur metabolischen Entsorgung ausgeschleust (siehe Loperamid). - Arzneimittel können bei oraler Applikation auf Grund der Affinität zu der Effluxpumpe eine verminderte
Bioverfügbarkeit aufweisen.
Ist bei allen Menschen unterschiedlich ausgeprägt (genetische Variante): Wenn Efflux-Transporter zu
dominant gibt es zwei Alternativen:
1. Dosis so erhöhen, bis gewünschte Wirkung eingestellt ist
2. Behandlung des Efflux-Transporters (dann werden wird wieder geringe Dosis benötigt)
