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Seminar 2
Passive Membranpermeabilität für Ionen und das Membranpotential
Claudia Hahn
09.05.2012
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Inhalt
Einleitung
Restfluss
LIS-Effekt
Wichtige Faktoren für die Transportwege von Ionen
Referenzen
33
Einleitung
Rote Blutzellen nutzen Transportwege zurAufrechterhaltung des ZellvolumensAufrechterhaltung der Ionenverteilung
Annahme zu Beginn der Untersuchungen:Ionen sind nicht permeabel
Später:Cl-, Na+ und K+ sind permeabel
Der erste Transporter:
Na+/K+-Pumpe
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Anfangsvermutung:
passive Transportwege über Elektrodiffusion
Später:
Transportwege (Transporter) können über Inhibitoren inhibiert werden
55
Bernhardt, I., Weiss, E., Passive membrane permeability for ions and the membrane potential. In: Red cell membrane transport in health and disease (eds. Bernhardt, I., Elorry, J.C.). Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 2003, pp. 83-109
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EDTA
Bernhardt, I., Weiss, E., Passive membrane permeability for ions and the membrane potential. In: Red cell membrane transport in health and disease (eds. Bernhardt, I., Elorry, J.C.). Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 2003, pp. 83-109
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EDTA
Ouabain
Bernhardt, I., Weiss, E., Passive membrane permeability for ions and the membrane potential. In: Red cell membrane transport in health and disease (eds. Bernhardt, I., Elorry, J.C.). Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 2003, pp. 83-109
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EDTA
Bumetanid
Ouabain
Bernhardt, I., Weiss, E., Passive membrane permeability for ions and the membrane potential. In: Red cell membrane transport in health and disease (eds. Bernhardt, I., Elorry, J.C.). Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 2003, pp. 83-109
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Ziel
Beweisen, dass der Restfluss nicht durch Elektrodiffusion stattfindet
Beweis der Existenz des NHE
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Der Restfluss
Findet über Elektrodiffusionslücken statt
Kann gemessen werden wennalle Transportwege inhibiert sind
Abhängig vom internen pH-Wert
Unterschied
„Leak-Fluss“ und wahrer Restfluss
Gemessen wird der K+-Restfluss
1111
Erhöhung des Restflusses
•NaCl durch Saccharose ersetzenreduzierte extrazelluläre Ionenstärke, gleiche isotonische
Bedingungen
•Hoher hydrostatischer Druck
•Zugabe von Salicylat oder Thiocyanat Je nach Temperatur veränderte Transportrate
•Zugabe von Diamid oder quecksilberhaltigen Substanzen
•Amphiphile Substanzen
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Einflüsse des LIS-Effektes auf den Restfluss
Verringerte Ionenstärke
Erhöhung des negativen äußeren Transmembranpotentialshöhere Kationenkonzentration an der Membran
Interaktionen zwischen Proteinen sowie Proteinen und Lipiden transmembrane Ionenbewegung
Beteiligung des Bande 3 Proteins (Inhibierung verringerter Fluss)
Alternativ:
Elektroneutrale Karrier (NHE)
1313
Richter S. (1997), Resttransport von Na+ und K+ an Humanerythrozyten-ein elektroneutraler Austauschprozeß. Dissertation, Humboldt-Universität zu Berlin
1414
Kummerow, D., Hamann J., Bernhardt I. (2000), Variations of intracellular pH in human erythrocytes via K+(Na+))/H+ exchange under low ionic strength conditions. J. Membr. Biol. 176(3):207-216.
Durch Fluoreszenzmessungen konnte der pH-Wert bestimmt werden
Flussmessungen ergaben, dass K+ und Protonen im Verhältnis 1:1 ausgetauscht werden
1515
Alternativen zum NHE
Seperater Kanal für Kaliumionen und Protonen über das Bande 3 Proteinunter LIS Bedingungen muss K+-Permeabilität erhöht sein (nicht der Fall)
K+/OH- Symporter Oberflächenpotential in LIS-Lösung ist negativer als in HIS-Lösung
mehr Kationen an der Zelloberflächeverringerte Transportrate
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Zur Berechnung des wahren Restflusses benötigt man:
Das Wissen über alle TransportwegeInhibitoren für die TransportwegeNeue mathematische Gleichungen zur Berechnung
Messung der Transportwege in einer künstlich hergestellten Membran
Transportfähigkeit ist sehr gering wenn diese nur aus Lipiden besteht
Steigerung der Transportfähigkeit durch Einlagerung von Proteinen
Zusammensetzung der Membran wichtig
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Modellierung einer künstlichen Membran (K+-Flussmessung)
Löslichkeitsdiffusionsmechanismus Ion in Membran einlagern, Diffusion, Loslösen
Diffusion über wassergefüllte Poren/KanäleProtonen liegen wahrscheinlich als H9O4
+-Komplexe vor
Durch Ersatz von Phosphatidylcholin durch arachidonsäurehaltiges Phosphatidylcholin
Variation des Kaliumflusses
1818
Das elektrische Membranpotential
Der K+/Na+-Transport in HIS sehr gering gegenüber Cl-
Die Berechnung des Membranpotential ist das Diffusionspotential von Na+ und K+
1919
Klassisch: homogene Verteilung der Ladung
Elektrische Ladung liegen in einer Art Layer um die ZelloberflächeRaumladungsdichte muss berechnet werden nicht
Oberflächenladungsdichte
In LIS Änderung des Potentials Erhöhung der elektrostatischen Abstoßung und Anziehung Strukturveränderung
Vergrößerung des Layers der Glykokalix Änderung des Oberflächenpotentials (wird negativer)
Änderung der Ionenkonzentration Auswirkung auf Transportprozesse
2020
Das elektrische Feld
Differenz des äußeren und inneren elektrischen Potentials geteilt durch die Dicke der Membran
Richter S. (1997), Resttransport von Na+ und K+ an Humanerythrozyten-ein elektroneutraler Austauschprozeß. Dissertation, Humboldt-Universität zu Berlin
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Die elektrische Feldstärke
Einfluss auf:Beweglichkeit und Positionierung der KohlenwasserstoffkettenPhasenübergangstemperatur Kopfgruppen der Phospholipide
2222
Zusammenfassung
Um den Restfluss zu ermitteln müssen sämtliche Transportwege und Inhibitoren identifiziert werden
Das Transmembran-, Oberflächenpotential und die elektrische Feldstärke haben großen Einfluss auf die Transportmechanismen und auf den Restfluss
Restfluss findet sehr wahrscheinlich durch Fluktuationen der Membranbestandteile statt
2323
Referenzen
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