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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

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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

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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

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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)

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Richter S. (1997), Resttransport von Na+ und K+ an Humanerythrozyten-ein elektroneutraler Austauschprozeß. Dissertation, Humboldt-Universität zu Berlin

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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

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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

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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

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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

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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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