Brecht VL 8- Ionenkanäle

Question 1

Warum hat Bilayer einen hohen elektrischen Widerstand?

Answer 1

• um eine Ladungstrennung zu ermöglichen
• beruht auf hydrophobe Fettsäureschwänze, welche für Ionen undruchlässig sind

Question 2

Ionenkanaltypen und ihr Öffnungsmechanismen

Answer 2

Ionenkanäle sind wie Poren

1. Liganden gesteuerte Ionenkanäle
   öffnen sich, wenn sich ein bestimmtes Molekül (als Ligand) bindet
   z.B Acetyl-Cholin-Kanal
   ​
2. Phosphorylierung
   Phosphorylierung (ATP wird gebunden) - öffnet den Kanal
   Dephosphorylierung - schließt den Kanal
   z.B Na+/K+-Atpase
3. Spannungsgesteuerte Kanäle
   Veränderung des Membranpotenzials öffnen/schließen den Kanal
   z.B alle Nervenzellen
4. Mechanische Kanäle
   öffnen/schließen in Abhängigkeit der mechanischen Spannung der Oberfläche der Zelle
   z.B mecanische Sinneszellen

Question 3

Was ist Tetrodotoxin?

Answer 3

Tetrodotoxin ist ein Gift aus der Leber des Kugelfisches.
Es blockiert Natriumkanäle (aktive und unaktive) an den Zell-Membranen der Nervenzellen, so dass die Entstehung von Aktionspotentialen und die Fortleitung von Erregungen verhindert wird. Bei Vergiftungen treten nach 10–20 min Parästhesien an Lippen und Zunge auf, die sich auf den ganzen Körper ausweiten und zur Gefühllosigkeit steigern. Es kommt in der Folge zu Muskelschwäche, Ataxie, Blutdruckabfall und Bewußtseinstrübung sowie Schluck- und Atembeschwerden. Nach 6–24 h tritt der Tod durch Atemlähmung ein. Spezifische Gegenmittel sind nicht bekannt

Question 4

Welche Methoden können zur Charakterisierung von ionenkanälen verwendet werden?

Answer 4

Patch-Clamp Messung

• ​elektrische Einzelkanalableitung mittels Pipette
• öffnung von Kanal erfolgt stokastisch
• Länge der Öffnung variiert
• Rauschen –> bei Kanalöffnung

Vorteile:

• elektrisches Hintergrundrauschen stark reduziert
• mechanisch stabil
• Alles oder nichts: entweder es gibt ein Signal oder nicht

Nachteile:
-Membran kann leicht beschädigt sein, Zelle danach nicht nutzbar

weitere Möglichkeiten:

• cell attached
• excised patches: inside out, outside out,
• nucleated pachtes: whole-cell recordings, visualized patching

Question 5

Molekulare Kanal Analysen:

Answer 5

• Analyse von Hydrophobizität ind Primär- und Sekundärstruktur
• Gen-Mutation des Kanals
• Röntgenkristallstruktur (schwierig da Kanal nur in Membran stabil)

Rod MacKennon gelang es, K+-Kanal zu kristallisieren und somit eine Struktur Analyse des kalium Kanals durchzuführen:

• Der Kanal formt breiten polaren Anteil: wässrige Pore mit negativ geladenen Aminosäureresten
• Porengröße so, dass Kaliumion gut binden kann
• Selektivität.
• Es befinden sich immer 3 Kaliumionen im Kanal, die sich gegenseitig abstoßen und so durch den Kanal schieben. Natrium ist zu klein (Hydrathülle kann nicht interagieren, um abgestreift zu werden).

Question 6

Benennen Sie die Eigenschaften und molekulare Mechanismen des
spannungsabhängigen Na- Kanals.
Wie tragen diese Eigenschaften zum Aktionspotenzial bei?

Answer 6

Aufbau:

• 6 Domänen aus jeweils 5 UE
• Transmembranprotein

Eigenschaften:

• wird für Aktionspotenzial benötigt
• spannungsaktiviert
• Natrium selektiv

Ball-Chain Modell:

• 3 versch Zustände (offen, geschlossen, inaktiv)
• Sensor Domäne trägt positive Ladung im Ruhezustand in die Pore (Pore ist von negativer Ladung umgeben)
• Depolarisation, Sensor Domäne wird nach außen gedrückt und Kanal öffnet sich

Question 7

Was sind Chanelopathien?

Answer 7

Krankheiten die auf Ionenkanäle zurückzuführen sind

z.B Epilepsie, Mukoviszidose

→ ca. 50% der Pharamzeutika wirken auf Membranen. (wichtige Entdeckung von HERG)