4. 4
ACE (angiotensin-converting enzyme) inhibitori .............................................................................. 126
Antagonisti receptora za angiotenzine ............................................................................................. 127
Diuretici ............................................................................................................................................. 127
Blokatori receptora za endotelin ...................................................................................................... 128
Molekularni mehanizmi transporta u tubulocitama ................................................................................. 129
Transport Na+ ........................................................................................................................................ 130
Transport Cl- .......................................................................................................................................... 131
Transport vode ...................................................................................................................................... 134
Transport uree ...................................................................................................................................... 134
Transport glukoze ................................................................................................................................. 135
5. 5
Ćelijska membrana, uloga proteina, vrste trasporta kroz membranu
Sve što se dešava na nivou organizma, organskih sistema i na nivou organa, svi procesi
poĉivaju na ćeliji. Na slajdu je primer ţabe koja iskaĉe iz vode da li zato što je voda pretopla ili
je hladna, da li zato što beţi od predatora ili je skoĉila u potrazi za plenom. Da bi ona skoĉila
potrebno je da doĊe do savijanja ekstenzora, grĉenja noge i savijanja fleksora. Da bi se mišić
zgrĉio potrebno je da doĊe do preklapanja aktinskih i miozinskih filamenata koje se odvija
zahvaljujući oslobaĊanju Ca iz intracelularnih depoa. Ca se vezuje za troponin C i kada se to desi
vezuju se troponin I i troponin T, oni se dakle izmeštaju kao loptice menjaju konformaciju, vuku
tropomiozin što dovodi do oslobaĊanja mesta za vezivanje na miozinske glavice.
Fiziologija je, pre svega, nauka o homeostatskim mehanizmima i sve ovo o ĉemu
priĉamo je u cilju odrţanja homeostaze. Fiziološki sistemi su puferi koji omogućavaju
odrţavanje fiziološke homeostaze a fiziološka homeostaza poĉiva na samoj ćeliji i ćelija troši
veliku energiju kako bi odrţala homeostazu.
Malo podsećanje šta je sekretin – hormon GIT-a koji se sintetiše u duodenumu i vezuje se za
svoje receptore na epitelnim ćelijama npr. u pankreasu, za one kanaliće, i dovodi do luĉenja
pankreasnog soka a komponente pankreasnog soka su enzimska i bikarbonantna komponenta.
Sekretin se vezuje za svoje receptore na epitelijalnim ćelijama pankreasnog duktusa i dovodi do
luĉenja bikarbonata.
Sastav unutar ćelije se potpuno razlikuje od vanćelijskog matriksa. I da vidimo šta je to što pravi
barijeru i omogućava ćeliji da zadrţi svoj stalni sastav i utiĉe na njenu homeostazu.
Ovde vidimo ćelijsku membranu, svi znamo uĉili ste, da ćelijsku membranu ĉini
fosfolipidni matriks dakle u pitanju su fosfolipidi koji su specifiĉno orijentisani tako da se
polarne glave se orjentišu ka spoljašjoj sredini, dok su hidrofobni repovi okrenuti ka unutra i
takva membrana potpuno onemogućava transport velikih molekula kao što su proteini, NK ali
onemogućava i transport jona kao što su Na, Ca, K, a omogućava transport O2, CO2. Šta ĉini
fosfolipide? Kiĉma svakog fosfolipida je glicerol i serin. Glicerol je sa jedne strane vezan za
slobodne masne kiseline sa druge strane preko fosfatne grupe za razliĉite molekule pa u koliko
je u pitanju etanolamin dakle u pitanju je fosfatidil etanolamin u koliko je u pitanju serin onda je
fosfatidilserin itd. Znaĉi u zavisnosti od polarne glave i fosfolipidi se razlikuju. Ono što je
interesantno je to da je ustanovljeno da je membrana asimetriĉna. Da spoljašnji i unutrašnji list
nisu isti. Fosfatidilholin je dominantno zastupljen u spoljašnjem listu membrane dok u
unutrašnjem listu fosfatidilserin i fosfatidiletanolamin. Postavlja se pitanje zašto je membrana
asimetriĉna? Na to pitanje niko nema pouzdan odgovor ali se pretpostavlja da je ta asimetrija
vaţna zbog interakcije sa proteinima koji su uronjeni u ovaj fosfolipidni matriks i komunikacje
sa sekundarnim glasnicima. Jer bez obzira što je tako graĊena, fosfolipidni matriks ne dozvoljava
prolazak supstanci, ali one moraju da proĊu jer se na taj naĉin odrţava homeostaza. Dakle u nju
su uronjeni proteini koji na razliĉite naĉine uspostavljaju kontakt sa fosfolipidima i samim tim
imaju razliĉitu ulogu.
Ovaj prvi protein koji vidimo je periferni protein znaĉi kao što vidimo postoje dva plava
proteina oni nisu uopšte uronjeni u membranu već su putem jonskih, vodoniĉnih dakle
nekovalentnim vezama vezani ili za integralne proteine proteine membrane ili za fosfolipidne
glave. I kao što vidimo ovi periferni proteini mogu da budu vezani za integralne proteine npr. i
spolja, znaĉi vanćelijske teĉnosti, a isto tako unutar ćelije. Primer takvog proteina je ankirin.
Ankirin je protein koji odrţava odnosno na neki naĉin vezuje subkortikalne strukture odnosno
6. 6
ćelijski citoskelet koji se stastoji od više molekula. Ankirin je taj koji drţi ćelijski citoskelet i
npr. daje eritrocitima onaj karkteristiĉan bifokalni oblik.
Ostali proteini su integralni proteini - znaĉi da su na razliĉite naĉine uronjeni u
fosfolipidni matriks. I ovaj prvi protein je kao što vidimo transmembranski protein koji sadrţi
jedan α heliks znaĉi samo jedanput prolazi kroz membranu i primer takvog proteina je integrin.
Integrini su molekuli koji omogućavaju komunikaciju ćelije sa ekstraćelijkim matriksom npr.
laminom, kolagenom; znaĉi sa proteinima ekstraćelijskog matriksa ili drugi molekuli
omogućavaju komunikaciju sa drugim ćelijama. Znaĉi integrin je jedan od takvih proteina,
adhezivnih molekula koji omogućava ćeliji komunikaciju.
Sledeći primer integralnog proteina su proteini koji nekoliko puta prolaze kroz membranu, vrlo
ĉesto ćemo se sretati sa heptaheliĉnim proteinima koji sedam puta prolaze kroz ćelijsku
membranu; npr receptori spregnuti sa G proteinom, ABC transporteri. Tipiĉan primer je β
receptor za kateholamine. Broj ponovaka, tj. broj heliksa moţe da bude 12 ili 24 itd.
Proteini ne moraju da prolaze kroz membranu, mogu da budu samo uronjeni u dvosloj i
sada imamo jos jednu interesantnu grupu proteina koja je kovalentno vezana za
glikozilfosfatidilinozitol (GPI) spoljnog lista. To su proteini, adhezivni molekuli; npr. NCAM je
adhezivni molekul nervnih ćelija ili CD59, on je protektin. Druga grupa proteina koja se takoĊe
vezuju za molekule fosfolipidnog matriksa, dakle to su proteini koji se vezuju za slobodne masne
kiseline, npr. meristil grupe ili prenil grupe, to su hidrofobni repovi; primer takvog proteina je G
protein. Ono što je karakteristiĉno za ove proteine koji prolaze kroz fosfolipidni matriks je da su
uglavnom snabdevene nepolarnim AK kao što su Ala, Val, Leu, Pro, Phe, Met. Dakle one koje
grade hidrofilni dţep sa unutrašnje strane i omogućavaju komunikaciju izmeĊu dva susedna
heliksa. Svaki heliks odnosno svaki navoj sadrţi 3-6 AK. Druga struktura kada govorimo o
proteinima na primeru porina – to je protein membrane bakterija, ne formiraju α heliks vec β
barrel (beta bure). Jasno vam je da se najveći deo komunikacije izmeĊu ćelije i okoline odvija
preko proteina. Zašto kaţem najveći deo? Primer su steroidni hormoni. Steroidni hormoni
(mineralokortikoidi, aldosteron) prolaze odnosno aldosteron ne zahteva protein na membrani već
prolazi fosfolipidni matriks ulazi u ćeliju i vezuje se za svoje unutarćelijske receptore.
I da vidimo koji su to proteini koji pomaţu komunikaciju izmeĊu ćelije i okoline.
Prva grupa proteina koja govori o njihovoj ulozi su ligand vezujući proteini, znaĉi to su
receptori za hormone, malo pre pomenuti npr β receptor. Kaĉe se za N-terminus znaĉi na
vanćelijski domen na kome se nalazi ligand vezujuće mesto, veţe se hormon što dovodi do
konformacionih promena ovih sedam heliksa, jer je u pitanju heptaheliĉni molekul.
Konformacione promene dovode do toga da unutarćelijski domen stekne enzimsku aktivnost - to
je primer insulinskog receptora. Kada govorimo o proteinu, o ovakvom receptoru koji je kao na
slici on dovodi do konformacione promene, a promene dovode do toga da unutarćelijska petlja
sada aktivira sekundarne glasnike i pošto su najviše u pitanju receptori spregnuti sa G proteinom,
dakle u pitanju je protein G. To bi bila prva uloga proteina, da vezuju ligande, i ta veza sa
receptorom da dovede do odgovora u ćeliji.
Drugi su adhezioni molekuli, spominjali smo integrin. Integrin omogućava
komunikaciju ćelije sa adhezionim molekulima ekstraćelijskog matriksa i u principu ovakvi
molekuli omogućavaju razne diferencijacije u ćeliji, regulišu apoptozu itd. Kako izgledaju ovi
adhezioni molekuli? Dakle u ekstracelularni matriks uronjen je kraj koji ima matriks vezujući
domen on se vezuje za komponente ekstraćelijskog matriksa to je kolagen, laminin, to je spektar
razliĉitih molekula. Veza ekstraćelijskog domena sa komponentama ekstarćelijskog matriksa
7. 7
dovodi do konformacionih promena transmembranskog regiona koji sada dovodi do toga da ovi
mali, kratki citoplazmatski repovi komuniciraju sa unutarćelijskim proteinima. Unutarćelijski
proteini su najĉešće FAK kinaze.
Druga vrsta molekula to su molekuli koji omogućavaju komunikaciju izmeĊu dve
susedne ćelije. I tipiĉan primer za takav molekul je kadherin. Kadherina ima do sada 28
izolovanih. U pitanju su Ca zavisni molekuli. Zašto Ca zavisni? Zato što ova vanćelijska petlja
za sebe vezuje Ca. I oni omogućavaju komunikaciju izmeĊu ćelija, migraciju imunskih ćelija i
navoĊenje npr aksona tokom razvoja NS. Druga vrsta adhezionih molekula su Ca nezavisni
molekuli, to je N-CAM adhezioni molekul nervnih ćelija. Adhezioni molekuli mogu da budu i
molekuli vezani za GPI. N-CAM je GPI vezani protein. Druga uloga proteina membrane je da
su adhezioni molekuli koji omogućavaju ćeliji da komunicira sa vanćelijskim matriksom i sa
drugim ćelijama.
Treća vaţna uloga je da proteini formiraju jednu vrstu tunela i da omogućavaju
prolazak molekula. Ti tuneli mogu biti razliĉiti, mogu biti pore mogu biti kanali, mogu biti
nosaĉi, mogu biti pumpe u zavisnosti od toga na koji se naĉin vrši prenos. Ono što je zajedniĉko
za sve je da stvaraju hidrofilni prolaz u fosfolipidnom dvosloju kroz koji mogu da proĊu
hidrofilne supstance, i ono što smo malo pre pomenuli, to je da su ovi α heliksi specifiĉno
organizovani, rekli smo 3.6 AK po jednom navoju i heliks je organizovan tako da hidrofobne i
hidrofilne AK alterniraju-tako da su hidrofilne okrenute ka unutrašnjosti a hidrofobne ka
fosfolipidnom matriksu. Na taj naĉin specifiĉnom organizacijom AK α heliksa omogućava se
hidrofilna sredina samo kanala kroz koji prolaze hidrofilne susptance. Da li će taj tunel biti pora
ili kanal ili će biti pumpa zavisi od toga na koji naĉin je regulasan pristup tom tunelu.
Proteini membrane mogu biti i enzimi. Svaka jonska pumpa koja se nalazi na ćelijskoj
membrani je praktiĉno enzim. Sećamo li se neke pumpe? Na/K ATPaza. Kako se zove pumpa
koja dovodi do stvaranja ţeludaĉnog soka? Kalijum protonska pumpa. Sve su to enzimi, ATPaze
koje razlaţu ATP. Proteini membrane kao enzimi, šta ovo beše? Sećamo li se membranskog
varenja hrane? Sećamo se da pankreasni enzimi razlaţu hranu npr. šećere razlaţu do disaharida i
graniĉnih dekstrina. Sećamo se da se varenje proteina pomoću enzima završava do oligopeptida i
da oligopeptide, disaharide i najviše dekstrine, najviše razlaţu enzimi membrane. Sećamo se
ĉetkastog pokrova, one kosice na mikrovilima. Na mikrovilima upravo onaj glikokaliks
pretstavlja ugljenohidratne komponente upravo ovih enzima koji se nalaze u sastavu membrane i
koji vrše razlaganje oligopeptida, disaharida do monomera i onda ti monomeri ulaze u ćeliju
zahvaljujući susednom transporeteru (npr. glukoza). To je primer da proteini membrane mogu da
funkcionišu kao enzimi. Treći primer proteina membrane kao enzima to su da su mnogi GPI-
vezani proteini su enzimi i primer takvog enzima je 5’nukleotidaza koja utiĉe na metabolizam i
strukturu nekih ?. I ono što je interesantno je da neki enzimi kao npr fosfolipaza C ima
mogućnost da oslobodi ovaj enzim i da enzim onda samim tim više nije vezan za membranu.
Proteini mogu da budu ukljuĉeni u signalizaciju. Integralni protein koji je ukljuĉen u
signalizaciju je G protein α subjedinica. Preko miristil i palmitoil grupe ukotvljuje G protein u
membranu. Miristoilacija - dodavanje zasićene C14 na N terminalni Gly2 i palmitoilacija, na
cisteinskim ostacima. Prvo se iseca terminalna AK, pa se zatim na susednu, praktiĉno terminalnu
sada dodaje miristoil grupa i ovaj se proces naziva miristoilacija. Zatim sledi sledeći proces to je
palmitoilacija, koja se zasniva na dodavanju palmitoil grupe na cisteinski ostatak. Još uvek se ne
zna zašto se odvijaju i miristoilacija i palmitoilacija ali se pretpostavlja da je miristoilacija
8. 8
neophodna za ukotljavanje samog molekula, a da je moţda palmitoilacija na cisteinskim
ostacima neophodna za integraciju sa adenil ciklazom.
Kada se bilo koji ligand veţe za svoj receptor kada se aktivira G protein tada dolazi do
disocijacije α, β, γ subjedinice tako da sada α subjedinica moţe da aktivira adenil ciklazu sa
jedne strane a videćemo da β, γ subjedinica takoĊe mogu da uĉestvuju u prenosu signala. γ
subjedinica sa druge strane preko prenil grupe ukvotljuje kompleks u membranu. I znaĉi G
protein je tipiĉni primer integralnog proteina koji je ukljuĉen u ćelijsku signalizaciju. Uklanjanje
miristil i palmitoil grupe α subjedinice dovodi do toga da se α subjedinica otkaĉi od membrane
što onemogućava njeno vezivanje sa adenil ciklazom i samim tim onemogućava prenos signala
u ćeliju. Ono što je interesantno kada govorimo o integralnim proteinima je da jedna grupa
antikancerogenih lekova deluje tako što spreĉava ovo ukotvljavanje onkogenih produkata u
membranu i tako ova grupa lekova eliminiše sposobnost ćelije da se transformiše u kancerogene
ćelije. Jednostavno spreĉavaju ukotvljavanje, spreĉavaju vezu ovih grupa, vezivanje tih grupa za
integralni protein.
Na kraju proteini membrane kao submembranski citoskelet. Pomenuli smo ankirin i
sada ćemo videti kako on funkcioniše. U pitanju su periferni proteini - proteini koji su slabim
nekovalentnim interakcijama vezani za membranu ili neku komponentu ili za integralni protein.
Rekli smo da je primer protein ankirin i u principu ovi proteini omogućavaju vezivanje
submembranskog citoskeleta i malo pre smo pominjali da submembranski citoskelet daje
karakteristiĉan oblik bifokalnih diskova eritrocita. Sad da vidimo šta ĉini taj submembranski
citoskelet.
Ĉine ga spektar molekula, jedan od nih je spektrin, zatim molekul aktina, dalje ankirin,
Band4.1 i Band3 koji predstavlja integralni protein.
Kako funkcioniše ova mreţa? Da krenemo od spektrina. U pitanju je dimer koji se sastoji
iz α i β monomera, dva dimera se glavama spajaju u heterotetramer. Repovi ovog
heterotetramera su spojeni sa Band4.1 koji je opet sa svoje strane vezan za aktin. Ceo ovaj
citoskelet drţi ankirin i drţi ga vezan za integralni protein Band3. Band3 je recimo kanal,
odnosno ukljuĉen je u transport hlorida i bikarobonantnih anjona. Ankirin dakle ukotvljuje celu
ovu mreţu, membranski citoskelet i samim tim omogućava i daje oblik ćeliji. Ukoliko nastane
mutacija u genu koji kodira za ankirin, tada eritrociti gube svoj karakteristiĉni oblik. Ankirin nije
samo specifiĉan za eritrocite, nalazi se i u nervnim ćelijama, nalazi se u epitelim ćelijama i ne
mora uvek biti vezan za Band3, već moţe biti vezan za druge kanale i druge pumpe ili za neki
adhezivni molekul.
Imamo još GPI-vezane proteine membrane koji imaju protektivnu ulogu. Pominjali smo
na poĉetku GPI proteine, oni se sintetišu u ER-u, i nakon sinteze protein se ubacuje u membranu
ER-a i takav protein sadrţi transmembransku komponentu i komponentu koja štrĉi u lumen ER-
a. Proces sinteze GPI proteina obuhvata aktivaciju enzima ER-a koji dovode do isecanja
nascentnog proteina izmeĊu transmembranskog regiona i ovog dela koji štrĉi u lumenu ER-a, što
dalje dovodi do toga da se na karboksilni kraj ovog dela koji se nalazi u lumenu kaĉi amino
grupa glikozil fosfatidilinozitola i na taj naĉin se gradi protein vezan za GPI. Jedan od enzima
koji uĉestvuje u isecanju ovog nascentnog proteina, koji dovodi do nastanka GPI vezanog
prteina, je fosfatidilinozitol glikan A (PIG-A). Zašto kaţemo da imaju protektivnu ulogu? Zato
što je ustanovljeno da npr. u eritrocitima (eritrociti su pogodni za prouĉavanje jer se praktiĉno
sastoje samo iz membrane i matriksa koji je ispunjen hemoglobinom) postoje dva GPI proteina.
Jedan se naziva protektin (CD59) i drugi je DAF (CD55). I jedan i drugi su GPI vezani proteini i
9. 9
imaju protektivnu ulogu. Oni štite eritrocite od sistema komplementa. Sistem komplementa je
grupa proteina koji cirkulišu i koja funkcionišu tako da prepoznaju antitela vezana za bakterije i
dovode do enzimske hidrolize i do ubacivanja molekula proteina u membranu, što dovodi do
stvaranja pore i osmotske lize bakterije. Dolazi do njenog pucanja. Ono što je problem je što
sistem komplementa nije savršen kao B i T limfociti i ne moţe da odvoji eritrocit od bakterije.
Zato su mnoge ćelije pa i eritrociti snabdeveni ovim molekulima koji praktiĉno štite ćeliju od
sistema kompementa i ne dozvoljavaju joj da ono što radi bakterijama radi i samim ćelijama, tj.
eritrocitima. Šta se dešava kada nastane mutacija u genu za PIG-A? PIG-A je enzim koji dovodi
do stvaranja GPI vezanih proteina. Tada nastaje bolest koja se naziva paroksizomalna nokturalna
hemoglobinurija. To je retka bolest ali još uvek neistraţena i interesantna. Dolazi do lize
eritrocita samo noću. Iz kog razloga, još uvek se ne zna. PIG-A ne postoji i ĉim ga nema, nema
stvaranja CD59 i CD55, što znaĉi da su eritrociti praktiĉno nezaštićeni. Izloţeni su sistemu
komplementa. MeĊutim iz nekog razloga ta hemoglobinurija odnosno liza eritrocita se odvija
samo noću odnosno samo u snu.
Transport kroz membranu
O ovome smo malo priĉali kada smo govorili o osmoregulaciji. Rekli smo da je sastav
unutar ćelije potpuno drugaĉiji od sastava vanćelijske teĉnosti. Preteţni intraćelijski katjon je K⁺,
kalijuma ima znaĉajno više u ćeliji nego u vanćelijskoj sredini. Na ⁺ je tipiĉni vanćelijski katjon.
Proteini se nalaze više u ćeliji nego u vanćelijskoj teĉnosti. Što se tiĉe vode, zanimljiv je podatak
da od 42 l vode koliko poseduje odrastao muškarac proseĉne telesne mase od 70 kg, ĉak 25 l se
nalazi u ćelijama, u vanćelijskoj teĉnosti oko 13 l, plazme imamo oko 3 l itd. Sad da vidimo koji
su to mehanizmi koji omogućavaju ovakvu razliĉitost, kad govorimo najpre o jonima kao što su
Na⁺, K⁺, Ca²⁺ i protein. Transport ovih jona se vrši u zavisnosti od elektriĉnog i hemijskog
gradijenta, odnosno elektrohemijskog gradijenta.
Pasivni transport materija se odvija posredstvom membranskih proteina, u pitanju su joni
i hidrofilne matrije. Ovakve materije prolaze kroz jednu vrstu tunela koja se naziva pora ili kako
ih nazivamo, neregulisani kanali. Pore su proteini membrane koji su uvek otvoreni. Primer
jednog takvog proteina smo imali kada smo govorili o mehanizmu stvaranja mokraće,
akvaporini. Danas znamo da ih ima dosta, ali mi smo spominjali akvaporin1 i akvaporin2. Do
danas je izolovano 13 akvaporina i za otkriće akvaporina Peter Agre je 2003.godine dobio
Nobelovu nagradu.
Gde se nalazi akvaporin1? Konstitutivno su eksprimirani, uvek su tu. Ĉemu sluţi
Henleova petlja? Da se koncentruje urin.Ako se koncentruje urin, znaĉi da voda mora da prolazi,
a voda prolazi kroz silazni deo Henleove petlje zahvaljujući konstitutivno eksprimiranim
akvaporinima1. Akvaporin1 je jedan od prvih akvaporina koji je izolovan. U pitanju je tetramer i
svaki od tih monomera tetramera ima 6 domena. U pitanju je pora koja je uvek otvorena, ne
moţe da se reguliše njeno otvaranje i zatvaranje, samo moţe da se reguliše da li ga ima ili ga
nema. Zašto kaţemo da moţemo da ga regulišemo da li ga ima ili ga nema? Da li postoje neki
akvaporini koji nisu konstitutivno eksprimirani i moţemo da regulišemo ima li ih ili ih nema? Ko
10. 10
odreĊuje to da li će ih biti ili neće? Vazopresin i antidiuretiĉki hormon. Hormon se vezuje za
svoje receptore i dovodi do stvaranja tih pora u membrani i o tome ćemo govoriti na poslednjem
predavanju. Dakle, antidiuretiĉki hormon, kada dehidriramo i kada treba da ĉuvamo vodu, on
dovodi do eksprimiranja akvaporina 2, koji se ubacuje u membranu i na taj naĉin se voda
reapsorbuje iz primarnog filtrata nazad u krvotok. Ovo je primer jedne pore. Drugi primer je
porin. Porin je protein, primer koji se nalazi u zidu gram negativnih bakterija i spoljnoj
membrane mitohondrija. Zatim perforin. T limfociti ostvaruju svoje citotoksiĉno dejstvo tako što
oslobaĊaju perforin. On je monomer koji se npr.u telu bakterije ili u telu bilo koje ćelije na koju
T limfocit ispoljava svoju citotoksiĉnost, polimerizuje i stvara poru promera 16 nm. Znaĉi to su
sve primeri na koji naĉin protein formiraju vrstu tunela koja se naziva pora i koja je uvek
otvorena.
Druga vsta tunela su kanali ili moţemo da je nazovemo regulisanom porom. To su tuneli
koji mogu da se otvaraju i da se zatvaraju i u zavisnosti od toga da puštaju jone. To su kanali za
Na⁺, kanali za Cl⁻, kanali za K⁺, kanali za Ca²⁺ itd. Još jednom, razlika izmeĊu pore i kanala je ta
što je pora uvek otvorena i moţemo je nazvati neregulisanim kanalom, a kanal moţe da se otvara
i zatvara i zato moţemo da ga nazovemo i regulisanom porom. Kanali – u pitanju su tuneli koji
imaj mogućnost otvaranja i zatvaranja i ĉini ih jedna ili više polipeptidnih subjedinica uglavnom
organizovanih u vidu α heliksa i mogu da se otvaraju i zatvaraju u odgovoru na razliĉite faktore.
Jedan od tih faktora je promena potencijala membrane. Kakav bi to bio kanal? Voltaţno-zavisni
kanal. Da li smo priĉali o HCN kanalima, kanalima koji se otvaraju u odgovoru na
hiperpolarizaciju? Oni se nalaze na ćelijama SA ĉvora i ti HCN kanali su odgovorni za
generisanje spontanih akcionih potencijala. Ćelije SA ĉvora su izmenjene mišićne ćelije koje
imaju mogućnost spontane geneze akcionog potencijala. Kako oni spontano generišu akcione
potencijale? Tako što ih otvara hiperpolarizacija. Hiperpolarizacija dovodi do toga da se kanal
otvara, ulazi Na+ i dolazi do depolarizacije i na taj naĉin imamo slanje tih spontanih akcionih
potencijala. Pa tako npr. adrenalin ubrzava srce tako što dovodi do otvaranja tih HCN kanala,
ulazi natrijum, natrijum onda aktivira one brze kanale za kalcijum i na taj naĉin srce ubrzava rad.
Zatim kanal moţe da se otvori u odgovoru na sekundarni glasnik. Npr postoje kanali koji se
otvaraju na Ca, kalcijum indukovano otvaranje kanala za kalcijum. Zatim kad smo priĉali o
ĉepićima i štapićima…Bez cGMP zatvaraju se kanali zavisni od cGMP-a, ne ulazi Na+, dolazi
do hiperpolarizacije i smanjuje se oslobaĊanje glutamata. 1 foton stopira ulazak milion jona Na+.
Svetlost tj. fotoni dovode do stopiranja ulaska Na+, hiperpolarizacije i smanjenja oslobaĊanja
neurotransmitera- glutamata. I imamo odgovor na ligand, šta bi to bilo? Da li ste ĉuli za kanale
koji su u stvari receptori za hormone, za neurotrasmitere. Receptor za Ach moţe da bude sam
kanal, receptor za GABA (γ-aminobuternu kiselinu) moţe da bude sam kanal. Moţe da bude
receptor spregnut sa proteinom G, kada govorimo o Ach i GABA, ali moţe da bude tzv.
jonotropni receptor, da je u stvari sam kanal receptor. Za sam kanal se recimo veţe Ach i dolazi
do njegovog otvaranja.
11. 11
Zatim kanali mogu biti selektivni. Postoje npr. iskljuĉivo kanali za Na. Ali postoje i
neselektivni kanali koji npr. propuštaju sve katjone. Primer tipiĉnog kanala za Na⁺ je voltaţno
zavisni kanal za Na⁺, koji je odgovoran za generisanje akcionog potencijala. Ovaj kanal se nalazi
na tubulocitama i omogućava reapsorbovanje jona Na⁺, a nalazi se takoĊe i u enterocitama.
Kanal za K⁺ generiše potencijal mirovanja u svim ćelijama i omogućava završetak akcionog
potencijala u nadraţljivim ćelijama. Kanal za Ca²⁺: kad pomislimo na Ca²⁺ prva asocijacija je
kontrakcija, a druga asocijacija je egzocitoza granula. Kalcijum je uvek vezan za jedan od ta dva
procesa. Tu se nalaze kanali takoĊe za anjone kao što su hloridi ,bikarbonati i karbokatjoni. Celo
sledeće predavanje će se baviti samo jonskim kanalima.
Na koji naĉin se transportuju materije? Transportuju se i dalje u pravcu gradijenta
koncentracije, ali zahvaljujući specifiĉnim nosaĉima, opet proteinima membrane i takav proces
se naziva olakšana difuzija. Sad ćemo da vidimo na koji naĉin funkcionišu ovi nosaĉi.
Nosaĉi funkcionišu u ciklusima. Da bi jedan protein, odnosno jedan tunel bio nosaĉ a ne
kanal, on mora da ima mogućnost da se zatvara i otvara sukcesivno sa jedne i sa druge strane i on
se tada naziva nosaĉ. Jedan takav nosaĉ je bio GLUT. Primer GLUT1. GLUT1 je tipiĉan primer
jednog proteina koji ima 12 heliksa, svaki od po 3,6 amino-kiselina. 12 puta prolazi kroz ćelijsku
membranu. Do sada je izolovano 13 GLUT proteina, nosaĉa za monosaharide. GLUT1 se nalazi
u eritrocitima, u endotelnim ćelijama krvno-moţdane barijere i iskljuĉivo prenosi glukozu.
GLUT2 se nalazi u tubulocitama, hepatocitama, enterocitama, β ćelijama Langerhansovih
ostrvaca i on je specifiĉan zato što prenosi osim glukoze i fruktozu i galaktozu. I takoĊe je
specifiĉan po tome što prenosi šećere u oba smera, moţe da prenese šećer iz vanćelijske sredine
u ćeliju i obrnuto, iz ćelije u vanćelijsku sredinu. Pominjali smo GLUT2 kada smo priĉali o
reapsorbovanju ugljenih hidrata u membranskom varenju. Uz one enzime se nalazio transporter.
Pa tako npr. GLUT5 je transporter za fuktozu, on transportuje fruktozu iz lumena digestivnog
trakta u enterocitu, a GLUT2 transportuje na drugu stranu. GLUT3 se nalazi u neuronima i
placenti. GLUT4 u mišićima i masnom tkivu i specifiĉan je za unutarćelijske organele. Znaĉi to
su samo neki transporteri, membranski proteini koji uĉestvuju u procesu olakšane difuzije.
Kako se odvija proces olakšane difuzije? Npr .GLUT1 sada treba da transportuje glukozu
iz spoljašnje sredine u ćeliju. Prvo se otvara molekul ka spoljašnjoj sredini, glukoza ulazi i
vezuje se za svoje vezujuće mesto na transporteru. U sledećoj fazi se GLUT1 zatvara na strani
prema vanćelijskoj sredini i sada je glukoza zarobljena unutar molekula, dakle zatvoren je
molekul i sa jedne i sa druge strane i vezana je za svoje vezujuće mesto. Sledeća faza je da se
otvara sa unutrašnje strane, glikoza ulazi u ćeliju, zatim se zatvara i sa unutrašnje strane,
vezujuće mesto je sada prazno i ciklus se nastavlja. Dakle, da bi neki tunel bio transporter,
odnosno nosaĉ a ne kanal, on mora imati mogućnost da se sukcesivno naizmeniĉno otvara i sa
jedne i sa druge strane. Sa ovog mesta transport moţe da ide i u suprotnom smeru od kazaljke na
satu. Ukoliko transporter prenosi iz ćelije u vanćelijsku sredinu, prvo se otvara strana prema
citoplazmi, ulazi glukoza koja se opet vezuje za svoje mesto, zatvara se molekul i glukoza ostaje
12. 12
vezana za svoje mesto u zatvorenom molekulu, otvara se ka spoljašnjoj sredini ka vanćelijskom
matriksu i ispušta se glukoza. GLUT2 je tipiĉni primer nosaĉa koji moţe da transportuje
glukozu, fruktozu i galaktozu u dva smera.
Aktivni transport materija posredstvom membranskih proteina
Aktivni transport se odvija suprotno od gradijenta koncentracije i tipiĉni transporter je
Na-K ATP-aza. To je protein koji ima izmeĊu ostalog i enzimsku aktivnost. S jedne strane je
transporter, s druge strane je enzim zato što vrši razlaganje ATP-a. Za otkriće Na-K ATP-aze je
Jens Skou, 1997, dobio Nobelovu nagradu za hemiju. Ne treba da se znaju imena , ali da se zna
da je za otkriće neĉega dobijena Nobelova nagrada.
Kako izgleda Na-K ATP-aza? Sastoji se iz dve subjedinice, α i β subjedinice. α
subjedinica je ova velika roze, katalitiĉka subjedinica koja se sastoji iz 10 transmembranskih
segmenata. β subjedinica (plavo na slici) poseduje samo jedan transmembranski segment, znaĉi
samo jednom prolazi kroz fosfolipidni matriks i ona je odgovorna za pozicioniranje Na-K ATP-
aze na membrani. Do sada su izolovane 4α i 2β izoforme i one su eksprimirane u razliĉitim
tkivima. Na-K ATP-aza se nalazi na bazolateralnoj membrane većine ćelija, osim horoidnih
ćelija. Horoidne ćelije su ćelije koje oblaţu komore i koje stvaraju cerebrospinalnu teĉnost.
Jedino se na tim ćelijama Na-K ATP-aza nalazi na apikalnom delu. Inaĉe je uvek na
bazolateralnom delu. Na-K ATP-aza omogućava jedini vid aktivnog transporta za Na⁺, a glavni
je vid transporta za K⁺. Zašto kaţemo glavni vid za K⁺? To znaĉi da postoji još neka vrsta
transporta - kalijum protonska pumpa koja stvara HCl, stvara ţeludaĉni sok. Pomenuli smo tu
pumpu kao jednu vrstu transporta za K⁺. Na-K ATP-aza ispumpava 3 jona Na⁺ iz ćelije i
upumpava 2 jona K⁺ u ćeliju. Spada u familiju pumpi koje se nazivaju P ATP-aze ili E1-E2
ATP-aze.
Šta znaĉi E1-E2 ATP-aze? To znaĉi da se nalaze u dva konformaciona stanja E1 i E2. To
je sliĉna priĉa kao sa nosaĉima, ali malo komplikovanija, zato što se tu umeće i ATP, hidroliza i
ovaj molekul varira izmeĊu E1 i E2 konformacionog stanja. Krećemo sa fazom ciklusa u kojoj je
ispustio K⁺ u ćeliju. Dakle , kada se nalazi u E1 stanju, za α subjedinicu je vezan ATP, ona je
prazna i otvorena ka ćeliji. Zašto je otvorena ka ćeliji? Zato što je malo pre izbacila 2 jona K⁺ u
ćeliju. Kada je takva, u E1 konformacionom stanju, kad je za nju vezan ATP i kad je prazna,
povećan je afinitet tog konformacionog stanja, takve Na-K ATP-aze na Na⁺. I ova 3 jona Na⁺ iz
citosola se sada vezuju za svoja vezujuća mesta na subjedinici, što dovodi do hidrolize ATP-a i
fosforilacije aspartata na α subjedinici. Znaĉi samim tim što su se vezala 3 jona Na⁺, to dovodi
do hidrolize ATP-a i fosforilacije aspartate i konformacionih promena koje dovode do toga da se
ona zatvara prema ćeliji. I sad je taj Na⁺ zatvoren, došlo je do okluzije Na⁺ u okviru molekula.
Posle toga, zatvaranje Na-K ATP-aze prema citosolu. Posle toga sledi spontana konformaciona
promena, gde se ona transformiše iz E1 stanje u E2 stanje, samim tim se otvara ka vanćelijskoj
13. 13
teĉnosti i Na⁺ se izlaţe vanćelijskom prostoru. U takvoj E2 konformaciji je nizak afinitet Na-K
ATP-aze prema Na⁺ i natrijum se otkaĉi od svojih mesta na α subjedinici, ulazi u vanćelijsku
teĉnost i ovakva ATP-aza je sad prazna i nalazi se u E2 stanju. I u takvom stanju se povećava
njen afinitet za K⁺. Sada ulazi K⁺, vezuje se za svoja vezujuća mesta na α subjedinici, što dovodi
do toga da se defosforiliše aspartate na α subjedinici. Defosforilacija aspartate dovodi do
minimalnih konformacionih promena koje dovode do toga da se ona zatvori ka vanćelijskom
matriksu i sada se K⁺ nalazi u okviru molekula, ali zatvoren sa obe strane, došlo je do okluzije
K⁺. I na kraju ATP se vezuje za pumpu u E2 stanju i na taj naĉin se ona vraća u E1 stanje, odakle
smo krenuli. U E1 stanju nema visok afinitet prema K⁺ i kalijum se na taj naĉin izbacuje u ćeliju.
Sada je ona u E1 stanju, za nju je vezan ATP, otvorena je i prazna i poĉinje dalje, drugi ciklus,
povećava se afinitet za Na⁺ i on se vezuje za svoja vezujuća mesta na α subjedinici. Ono što je
interesantno, kada je pumpa u E2 stanju, tada se za nju mogu vezati kardijaĉni glikozidi, kao što
je npr. digoksin ili uabain. Vezivanje ovih kardijaĉnih glikozida dovodi do blokiranja pumpe,
ona se blokira u E2 stanju i ne moţe da funkcioniše. Na taj naĉin deluju ovi blokatori pumpi.
Drugi ĉlan iste familije membranskih proteina, odnosno pumpi je kalijum-protonska
ATP-aza koja prenosi 2 protona i 2 kalijuma. Zatim u istu familiju ulazi i plazma-membranska
pumpa za kalcijum ili Ca²⁺ATP-aza koja prenosi 1 proton i 1 Ca²⁺. I tu se nalazi još SERCA
pumpa, koja se nalazi na ER-u i ona upumpava jone Ca²⁺ iz citosola u organelu. Kad se aktivira
SERCA? Kada se obavi kontrakcija, kada se kalcijum veţe za troponin C i kad doĊe do
preklapanja, da sad ne bi došlo do stalne kontrakcije, kod tetanus npr. Kalcijum se izmeĊu
kontrakcije ubacuje u sarkoplazmatiĉni retikulum i tu se deponuje vezan za ona 2 proteina
(nismo pominjali koja). Znaĉi SERCA Ca²⁺ ATP-aza je pumpa za kalcijum koja se nalazi na
membrani organela (to je dovoljno da se pamti).
Sledeća interesantna ATPaza je F tip ATPaze ili F0 F1 ATPaza koja se nalazi na
unutrašnjoj mitohondrijalnoj membrani i ona koristi gradijent protona izmedju spoljašnje i
unutrašnje membrane mitohondrija za sintezu ATP-a. ATP sintaza ima dve subjedinice, F0 i F1.
F0 je ona koja je zapravo u membrani dok je F1 ka matriksu okrenuta. F0 formira kanal za
prolaz protona i ima a, b i c subjedinice, 10 c subjedinica formira kanal dok a i b regulišu
pozicioniranje u membrani. F1 ima alfa, beta, gama, delta i epsilon subjedinice i ona je
odgovorna za sintezu ATP-a. Kada protoni prolaze niz gradijent dolazi do rotiranja F0
subjedinice, odnosno onih 10 c subjedinica, a one poslediĉno dovode do rotacije gama i epsilon,
sto će dovesti do reakcije sinteze ATP-a, i to za 10 protona okrenuće se za 360° F1 subjedinica i
dovešće do sinteze 3 molekula ATP-a, odnosno za 120° jedan molekul ATP-a. Ove ostale
subjedinice, alfa, beta i delta su isto regulatorne subjedinice i stabilizuju molekul na membrani. c
subjedinice bi bile kao ruka koja okreće lilihip. Kako okrećem rukom lilihip okreće se i drška od
lilihipa i gore ovaj sam lilihip bi bio ATPaza koja dovodi do sinteze ATP-a i zato kaţemo da ima
ATPaznu aktivnost.
Odakle gradijent protona? Odakle ti protoni izmedju spoljašnje i unutrašnje membrane
14. 14
mitohondrija? To su protoni iz elektron transportnog lanca, pre svega kompleksi 1, 3 i 4. Sama
ATPaza se smatra petim kompleksom, znaĉi to su NAD, NADH, oni upumpavaju protone u
matriks. Znaĉi samim tim taj gradijent dovodi do toga da se rotira i da se sintetiše ATP. I za ovu
hemiosmotsku hipotezu je takodje dobijena Nobelova nagrada '78, a za ATPazu 20 godina
kasnije je takodje dobijena Nobelova nagrada za hemiju.
Zašto sad pominjemo ATPazu kao ATP sintazu? Zato što ona ukoliko je protok protona
kroz c subjedinice suprotan ona moţe da funkcioniše kao pumpa, odnosno kao protonska
ATPaza. Protonske ATPaze se jos nalaze i na organelama i nazivaju se P tip protonskih ATPaza.
Nalaze se na vakuolama, lizozomima, endozomima, sekundarnim vezikulima. Potpuno isto
izgleda kao ATP sintaza, osim što ima 6 subjedinica koje su nešto veće od c subjedinica na ATP
sintazi.
Sledeća grupa molekula koja vrši aktivan transport su ABC transporteri. To su
transporteri sa ATP vezujućim motivom (engl. ATP-binding cassette). To je jedna velika
superfamilija proteina koja sadrţi 48 razliĉitih ABC transportera. Mnogi od njih vrše hidrolizu
ATP-a da bi obezbedili transport nekih materija. Neki od njih vrše hidrolizu ATPa ali ne da bi
obezbedili transport, već da bi time regulisali neki jonski kanal ili neki drugi transporter. Prisutni
su kod prokariota i kod eukariota i kod eukariota su uglavnom efluksevi, odnosno eksporteri,
znaĉi da transportuje materije iz ćelije. Ovde sam vam dala tabelu da se vidi otprilike kako su
podeljeni, znaĉi 48 molekula, transportera koji su podeljeni u nekoliko familija, a, b, c, d, e, f, g,
itd.
A familija - u pitanju je familija najvećih transportera, neki imaju preko 2100 ak i oni su
ukljuĉeni u transport holesterola i lipida.
B familija - Nalaze se na krvno moţdanoj barijeri, jetri, mitohondrijama, ukljuĉeni su u transport
peptida i ţuĉnih soli. Jedan njen ĉlan koji se naziva ABCB1 ili MDR1 (od multi drug resistance).
Znaĉi oni su pronadjeni tako što je ustanovljeno da su odgovorni za rezistenciju na antibiotike.
Dovode posle izvesnog vremena do efluksa antibiotika i uzrokuju rezistenciju na antibiotike i taj
prvi molekul koji je pronadjen je MDR1. Znaĉi to je B familija ABC transportera i posle je
ustanovljeno da su odgovorni za rezistenciju na mnoge druge lekove.
C familija - ukljuĉena u transport jona, to su membranski receptori. Tu je CFTR protein, u
pitanju je kanal za hlor koji je odgovoran za to na koji nacin sekretin omogucava sekreciju
bikarbonatnih anjona upravo tako sto regulise delovanje CFTR proteina, odnosno kanala za hlor.
Kad budemo govorili o tome kako sekretin funkcioniše pomenućemo i CFTR protein.
D familija je karakteristiĉna uglavnom za peroksizome.
E i F familije ne moraju da budu transporteri. Mogu da vrše hidrolizu ATP ali da ne troše
energiju za transport već za regulaciju drugih kanala ili transportera.
G familija ukljuĉena u transport lipida, ....ţuĉi, holesterola i drugih steroida. Naroĉito je
interesantan polutransporter (znaci nije transporter vec regulator), to je G2 transporter ili BCRP
15. 15
(breast cancer resistance protein) koji je odgovoran za rezistenciju na hemoterapeutike.
Na koji naĉin deluju ABC membranski protein? Kada govorimo o potpunim
transporterima oni se sastoje iz 4 subjedinice, 2 transmembranske i 2 domena koji vezuju ATP.
Svaki od njih sadrţi 6 α heliksa koji formiraju jednu vrstu krila i ta krila se otvaraju i zatvaraju i
omogućavaju transport materija. Drugi je nukleotid vezujući domen ili ATP vezujući domen koji
ima katalitiĉko jezgro koje ĉine 2 β ploĉe i 6 α heliksa i ima taj motiv po kome su dobili ime,
ABC motiv ili motiv koji vezuje ATP i u okviru tog motiva je i Q petlja koja spaja karboksilni
kraj nukleotid vezujućeg domena sa amino krajem TND - trans membranskog domena, tako da
su oni poredjani transmembranski, nukleotid vezujući, transmembranski, nukleotid vezujući.
Kako ABC ostvaruju svoju funckiju? U stanju mirovanja je nukleotid vezujući domen u
otvorenoj konfiguraciji i takav molekul ima nizak afinitet za ATP, ali je visok afinitet
transmembranskog domena za supstrat koji treba da prenese. Supstrat se u sledećoj fazi vezuje za
svoje mesto na transmembranskom domenu što dovodi do konformacionih promena nukleotid
vezujućeg domena, povećava se afinitet za ATP, ATP se vezuje za nukleotid vezujuće mesto što
dovodi sam domen u zatvorenu konfiguraciju, znaĉi praktiĉno dolazi do okluzije ATPa. Ovakva
sada konfiguracija nukleotid vezujućeg domena menja konfiguraciju trans membranskog
domena, on se otvara kao krilo ka strani membrane suprotnoj onoj u kojoj je bio u stanju
mirovanja, tako da u sledećoj fazi je konfiguracija takva da se smanjuje afinitet za molekul koji
transportuje, on se oslobadja, sledi hidroliza ATP-a i transporter se vraća u prvobitnu
konfiguraciju gde je NBD u otvorenom a transporter ima povećan afinitet za supstrat koji
prenosi.
Gubitak funkcije ABC proteina vezane su za ogroman broj bolesti. Kad smo pominjali
CFTR, to je transmembranski regulator cistiĉne fibroze, znaĉi kanal za to je ukljuĉen u
patogenezu bolesti. Zatim bolest adrenoleukodistofija koja nastaje usled nagomilavanja masnih
kiselina velikog lanca, oni se nagomilavaju u neuronima i nadbubreţnim ţlezdama i nastaje usled
mutacija gena koji vrši transport lipida. Tangierova bolest nastaje usled drastiĉnog smanjenja
HDL. Zatim kornealna distrofija, progresivna familijarna intrahepatiĉka holestaza koja nastaje
usled mutacija gena za MRP2.
Kotransporteri
Transporteri koji prenose 2 ili 3 jona ili molekula na istu stranu. Funkcionišu tako što se
jedna materija transportuje u smeru gradijenta koncentracije i na taj naĉin se omogućava, daje
energija za transport druge materije suprotno gradijentu koncentracije. I to je tzv sekundarni
aktivni transport. Primer takvog transportera je natrijum glukozni kotransporter SGLT. Kada
smo govorili o membranskom varenju, one npr disaharidaze, npr maltaza, npr saharaza koji
razlazu disaharide i uz njih se odmah nalazio transporter koji će te nastale monosaharide odmah
da ubaci u ćeliju. I takav transporter je SGLT1. Njega ĉini 1 subjedinica, 14 transmembranskih
segmenata i postoji dakle 3 forme SGLT - 1, 2 i 3. Forma 1 prenosi 2 natrijuma i jednu glukozu,
16. 16
forma 2 i 3 prenosi jedan natrijum zajedno sa jednom glukozom. U pitanju je elektrogeni
transport. Zašto elektrogeni? Zato što prenosi na istu stranu 2 natrijuma i na taj naĉin se menja
potencijal. 10x ima više natrijuma van ćelije nego unutar ćelije i voltaţa od -60mV generiše
gradijent koncentracije od 100x za glukozu. Znaĉi glukoza se sada transportuje suprotno od
gradijenta koncentracije, ali je taj gradijent sada 100x. U sluĉaju SGLT1 taj transport je mnogo
efikasniji zato što je gradijent koncentracije za natrijum 100 i voltaţa jos 100, tako da je
gradijent koncentracije za glukozu kada je prenosi SGLT1 ĉak 10.000x.
Drugi transporter je transporter koji prenosi natrijum i zajedno sa natrijumom i amino
kiseline. Gde smo to pominjali, isto digestivni trakt. Enzimi završavaju razlaganje do amino
kiselina i sada te ak treba da budu ubaĉene u enterocite. Pominjali smo i u bubrezima, u
proksimalnom delu, ĉim je mokraća prešla iz Boumanove kapsule u proksimalni deo bubrega tu
se nalaze ova dva transportera i na taj naĉin se reapsorbuje Na zajedno sa glukozom i Na zajedno
sa ak i na taj naĉin se ĉuva Na, vraća se nazad u krv i vraća se 99% ak i 97% glukoze.
Sledeći kotransporter je transporter za natrijum i bikarbonate. Takodje je u pitanju
elektrogeni transport zato što transportuje 3 bikarbonata zajedno sa jednim natrijumom i oni se
nalaze u pankreasu i holangiocitama.
NKCC kotransporter. Pominjali smo NKCC2, deblji uzlazni deo Henleove petlje, znaĉi rekli smo
tanak uzlazni deo tu je pasivni transport, onda se petlja širi, tu se nalazi NKCC2 koji prenosi 1
natrijum, 1 kalijum i 2 hlora. U pitanju je elektroneutralni transport. Nalazi se u neepitelnim
ćelijama NKCC1, a NKCC2 u Henleovoj petlji. Lek lasiks omogućava diurezu, izbacivanje
teĉnosti, deluje na NKCC2.
Na/Cl kotransporter (NCC) – on je tu blizu NKCC2, nastavlja se transport Na i Cl ali se ĉuva K,
u prvom delu distalnih tubula se pojavljuje. U pitanju je elektroneutralan transport. Na njega
deluje diuretik tiazid koji je bolji od lasiksa jer ĉuva kalijum.
K/Cl kotransporter - transport K i Cl ali suprotno, iz ćelije u ekstraćelijsku teĉnost.
Protonski/oligopeptidni kotransporter. Njega smo pominjali, transportovali smo oligopeptide u
enterocitama. Sećamo se tripeptidaze i dipeptidaze koje se nalaze na membrani unutar ćelije. Da
bi ta tripeptidaza unutar ćelije delovala nešto mora da ubaci tripeptid u ćeliju.Ovaj transporter
ubacuje proton i 1 oligopeptid.
H/monokarboksilni kotransporter (MCT) – elektroneutralni transport; transportuje proton
zajedno sa laktatom i piruvatom; laktat izgleda moţe da se trasnportuje u oba smera.
H/divalent katjon kotransporter (DCT) – apsorpcija dvovalentnih katjona u duodenumu;
transportuje proton zajedno sa dvovalentnim katjonima Fe2+, Cd2+, Pb2+. Omogućava
reapsorbovanje gvozdja iz lumena creva u krv. Ima ga i u bubrezima.
17. 17
Membranski izmenjivaĉi, antiporteri
Na-Ca izmenjivaĉ (NCX) – u pitanju je elektrogeni transport (ubacuje niz gradijent koncentracije
3Na+ a izbacuje suprotno gradijentu 1Ca2+). Gradijent konentracije pravi Na/K ATPaza na
bazolateralnoj membrani. 10x gradijent koncentracije za Na+ i -60mV voltaţa generišu 10.000x
gradijent konscentracije za Ca2+.
Na-H izmenjivaĉ (NHE) – pronaĊeno 10 izoformi; uĉestvuje u regulaciji pH ćelije, ubacuje Na u
ćeliju u smeru gradijenta koncentracije, a izbacuje iz ćelije protone. Najrasprostranjeniji je
NHE1, nalazi se na neepitelnim ćelijama i bazolateralnoj membrani epitelnih ćelija. NHE3 se
nalazi na apikalnoj membrani tubulocita i uĉestvuje u sekreciji protona, odnosno reapsorpciji
Na+. TakoĊe se nalazi i u enterocitama. NHE5 se nalazi u neuronima, 10 u osteoklastima…
Zatim imamo dva hloridno bikarbonatna izmenjivaĉa. Jedan je zavistan od Na, drugi nije.
Na-driven Cl-HCO3 exchanger (NDCBE) – elektroneutralni transport. U pitanju je Na+
elektrohemijski gradijent koji takoĊe reguliše pH, budući da ubacuje 2 HCO3-. Ista familija gena
kodira stvaranje ovog proteina kao i NBC.
Cl-HCO3 izmenjivaĉ (AE) – Na-nezavisan, postoji u 3 izoforme, takoĊe reguliše pH. Svaka
ćelija eksprimira neki AE (spomiljali smo ga kod eritrocita – Hamburgerov šift). I ovaj
izmenjivaĉ spada u istu familiju gena kao NDCBE i NBC.
SO4 exchanger (SAT) – ubacuje sulfate, izbacuje anjone. Nalazi se u tankom crevu i
proksimalnim tubulima; trasnport SO42- iz ćelije u krv.
Renalni transporter organskih anjona (ROAT) – nalazi se u bubrezima, omogućava preuzimanje
endogenih organskih anjona ali i lekova. OATP omogućava preuzimanje ţuĉnih soli i bilirubina
u hepatocite – dovodi do preuzimanja ţuĉnih soli u zamenu za Cl-. PGT – omogućava
preuzimanje prostaglandina i tromboksana
Na apikalnoj membrani tubulocita proksimalnih tubula nalazi se (sekundarni) izmenjivaĉ hlorida
u zamenu za formate i oksalate. Ista genska familija kao SAT.
Jonski kanali
Natrijum je predominantni vanćelijski katjon (ima ga 10 puta više van ćelije; 145 mM
van ćelije, a 14 mM unutar ćelije). Na -K ATP-aza je odgovorna za odrţavanje gradijenta
visoke koncentracije Na van ćelije, K u ćeliji, i ukoliko se ova pumpa blokira ouabainom
(koji ima afinitiet vezivanja za pumpu kada je ona u E2 stanju) tada dolazi do poremećaja
odnosa ovih jona, koncentracija K se smanjuje u ćeliji, povećava se ulazak Na .
Kalijum je predominantni ćelijski katjon, ima ga 120 mM unutar ćelije, van ćelije 4.5
mM, takoĊe ga odrţava Na-K ATP-aza.
Osim što generiše gradijent koncentracije, Na -K ATPaza stvara i negativni potencijal
membrane. Ova pumpa je elektrogena – izbacuje tri katjona (Na ), a unosi dva (K ). Postavlja
18. 18
se pitanje zašto ova ATP-aza troši ovoliko energije da bi odrţavala ovaj gradijent Na i K ?
Da je nema, epitelni kanal za Na osetljiv na amiloid ne bi mogao da funkcioniše (nalazi se u
epitelnim ćelijama tubulocita). TakoĊe, ne bi mogao da funkcioniše voltaţno-zavisni kanal za
Na koji ubacuje Na u smeru gradijenta koncentracije, niti transporteri koji su prisutni u
skoro svakoj ćeliji, npr. kotransporter za glukozu i Na , ili kotransporter za aminokiseline i Na
. Ovi kotransporteri su vidovi sekundarnog aktivnog transporta koji koriste energiju koju troši
Na - K ATPaza.
Kalcijum - za njega se smatra da ima najveći elektrohemijski gradijent koji iznosi 104.
Koncentracija van ćelije je 10-3, a unutar ćelije 10-7 mM. I opet se postavlja pitanje, ko odrţava
taj enormni gradijent Ca 2 ? To su pumpe za Ca 2 , pre svega, PMCA (plazma membranska
pumpa za kalcijum), SERCA i Na/Ca izmenjivač. SERCA se nalazi na membrani
endoplazmatiĉnog i sarkoplazmatiĉnog retikuluma i upumpava Ca 2 koji se nalazi u
citoplazmi. PMCA ispumpava Ca 2 , a ubacuje protone. Ovu pumpu aktivira povišena
koncentracija Ca 2 u ćeliji, ali ne direktno, već preko kalmodulina - kad Ca 2 uĊe u ćeliju, on
veţe kalmodulin, a on se veţe za pumpu i aktivira je i to dovodi do izbacivanja Ca kog ima u
visokoj koncentraciji u ćeliji. Kada se smanji koncentracija Ca 2 , on disosuje sa kalmodulina,
kalmodulin disosuje sa pumpe i na taj naĉin se odrţavanje jona svodi na normalu. Na /Ca 2
izmenjivaĉ – NCX aktivira izuzetno veliki influks Ca 2 u ćeliju i tada omogućava izbacivanje
Ca 2 iz ćelije. On se, pre svega, nalazi u neuronima u kardiocitama. Zavisno od gradijenta
koncentracije funkcioniše i voltažno-zavisni kanal za Ca 2 koji propušta jone Ca2+ u smeru
gradijenta.
Hlor je predominantno vanćelijski anjon, meĊutim, njegov pasivni transport kroz
plazma membranu se odvija na osnovu elektrogradijenta, zbog visokog membranskog
potencijala ćelijske membrane i to preko anjon selektivnih kanala. Jedan od takvih kanala je i
transmembranski regulator cistiĉne fibroze o kom će biti reĉi kasnije tokom kursa. U nekim
ćelijama se taj pasivni transport odvija i putem kotransportera u smeru koncentracije Cl . Sa
druge strane, ovome se opiru izmenjivaĉi i kotransporteri o kojima smo priĉali, pre svega
anjonski izmenjivaĉ hloridno-bikarbonatni izmenjivaĉ koji izbacuje bikarbonate u zamenu za Cl
(primer je kanal NKCC2 karakteristiĉan za debeli uzlazni deo Henleove petlje – ubacuje Na
, zajedno sa K i dva Cl ).
Kako funkcionišu jonski kanali? Baziraćemo se na morfologiji, patofiziologiji, graĊi i
kako funkcionišu. U genomu ĉoveka postoje stotine gena za razliĉite kanale. Razliĉite izoforme
se eksprimiraju u razliĉitim ćelijama, tkivima i u razliĉitim fazama razvića. Kanali se dele na
osnovu njihove elektrofiziologije, odnosno na osnovu toga da li su selektivni ili neselektivni,
koje jone propuštaju, na koji naĉin se otvaraju, zatvaraju, inaktiviraju, na osnovu inhibicije i
stimulacije farmakološkim agensima (danas se mnogi kanali upravo dele po tome kako
odgovaraju na neke toksine. npr. kanali Na na TTX), kako se aktiviraju vanćelijskim
agonistima (kao što je acetilholin, GABA, glicin), kako ih modulišu unutarćelijski molekuli
(cikliĉni nukleotidi) i kakve su im strukturne karakteristike.
Stotine kanala je klonirano i za mnoge kanale je utvrĊeno da imaju zajedniĉke
karakteristike, odnosno da kodiraju jednu vrstu domena koji se (u najvećem broju sluĉajeva)
sastoji iz 6 transmembranskih segmenata koji će se ponavljati na razliĉite naĉine kod
19. 19
razliĉitih kanala i ono što je karakteristiĉno u ovom domenu je da četvrti segment (S4) ima
pozitivno naelektisane aminokiseline (lizin i arginin na svakom trećem mestu) i da upravo ovaj
segmet predstavlja voltažni senzor, pa je i ovakva graĊa kanala naroĉito karakteristiĉna za
voltaţno-zavisne kanale za Na , Ca2+, K i kanale koje regulišu cikliĉni nukelotidi. IzmeĊu
segmenata 5 i 6 (S5 i S6) se nalazi P region koji oiviĉava poru, dakle on je taj koji praktiĉno
formira poru ovog kanala. Diverzitet jonskih kanala kod sisara je veliki i kod razliĉitih kanala
će se ovaj domen na razliĉite naĉine ponavljati.
Jonski kanali kod sisara:
1) koneksoni
To su polukanali koji grade pukotinaste veze. Svaki konekson ĉine 4 transmembranska
segmenta. Kako izgleda jedan domen (na prezentaciji). Dva koneksona grade pukotinastu vezu.
2) voltažno zavisni jonski kanali
Velika superfamilija kanala koja ima isti strukturni motiv kao što je malopre reĉeno. Ĉetvrti
segment je voltaţni senzor, a P petlja oiviĉava poru. Ono što je interesatno i to ćemo videti
kasnije, to je da ovaj domen formira kod kanala za K+ 4 subjedinice (domen predstavlja sam
jednu subjedinicu), dok kod voltaţno zavisnih kanala za Na+ i Ca2+ domeni su povezani u jednu
subjedinicu (subjedinica natrijumskog i kalcijumskog kanala-na prezentaciji).
3) kanali zavisni od cikličnih nukleotida (CNG kanali)
Oni su srodni voltaţno zavisnim kanalima za Na+, K+ i Ca2+ i imaju isti motiv, jedina razlika
je što imaju specifiĉno graĊen karboksilni kraj (800-850 aminokiselina koje aktiviraju ili
inhibiraju cGMP ili cAMP).
4) Ca2+ aktivirajući kanali za K+ (kanali za K+ koje aktivira Ca2+)
TakoĊe, familija srodna voltaţno zavisnim kanalima za jone. Opet se ponavlja isti domen, s
tim da ovi kanali imaju specifiĉan N0 segment na N kraju i specifiĉan redosled aminokiselina na
C kraju koji je zaduţen za vezivanje Ca2+.
5) kanali za K+ sa ulaznom, anormalnom rektifikacijom (IR kanali)
Ovi kanali strukturno odudaraju od ostalih, zato što poseduju samo deo kanala (S5, P petlju i
S6). Kanal ĉini neki broj subjedinica u zavisnosti koji kanal je u pitanju koju grade samo ovi
segmenti koji oiviĉavaju poru.
6) kanali koje aktiviraju agonisti
U pitanju su tri velike i razliĉite superfamilije kanala koje aktiviraju ili acetilholin ili
serotonin ili GABA, glicin i glutamin. Za njih je karakteristiĉno da su domeni sastoje iz ĉetiri
transmembranska segmenta. Domeni formiraju pentamer.
7) drugi kanali: kanal za Cl- (CFTR) koji je transmembranski regulator cistiĉne fibroze, domen
ne poseduje voltaţni senzor ni P petlju i na specifiĉan naĉin se vezuje za drugi isti takav domen;
CIC kanali (kanali za Cl-) koji imaju specifiĉnu strukturu; kanal za Na+ osetljiv na amilorid-
epitelni kanal za Na+; IP3 kanal za Ca2+-spominjali smo ga kod suţavanja krvnih sudova pod
dejstvom noradrenalina, receptor za IP3 na sarkoplazmatiĉnom retikulumu je kanal za Ca2+ kroz
koji on izlazi i ulazi u citoplazmu.
20. 20
Domen moţe da ĉini 4 ili 6 transmembranskih segmenata ili kod IP kanala koji imaju
anormalnu rektifikaciju samo 2 transmemb.segmenta. Kada su u pitanju voltaţno zavisni jonski
kanali 4 domena (tetrameri) formiraju kanal. Kod Na+ su psudotetrameri, jer su ta 4 domena
vezana u jednu subjedinicu, a kod kanala za K+ to su pravi tetrameri gde je jedan domen jedna
subjedinica. Sledeći su agonistima aktivirajući kanali gde agonisti (Acth, GABA) direktno
aktiviraju svoje receptore, a oni su u stvari sami kanali. Kod njih jedan domen ĉine 4
transmembranska segmenta i oni formiraju pentamere (kanal formira 5 takvih domena). Kod
koneksona tetramerni domeni se udruţuju i formiraju heksamere.
Jonski kanali se razlikuju od pora zbog mogućnosti otvaranja i zatvaranja i moţemo ih nazvati
regulisanim porama. Na njihovo otvaranja i zatvaranje mogu da utiĉu: promena potencijala
membrane koja je naroĉito karakteristiĉna za voltaţno zavisne kanale; sekundarni glasnici
npr. Ca2+, cikliĉni nukleotidi; mogu da ih otvaraju ligandi; mogu da ih blokiraju ili aktiviraju
toksini-postoje razliĉiti toksini paukova, morskih puţeva, biljaka, zmija ... ; velika grupa
lekova-fenilalkilamini (lekovi za pritisak) blokiraju kanal za Ca2+, anestetici...
Što se tiĉe njihove elektrofiziologije mogu biti selektivni. Neki su selektivniji za svoje jone, a
neki su manje selektivni npr. kanal za Na+ je izuzetno selektivan. Postoje kanali koji propuštaju
neselektivno razliĉite katjone.
1) Koneksoni
To su polukanali koji su eksprimirani u svim tkivima, nema ih samo u eritrocitima i
skeletnim mišićima. Naroĉito su karakteristiĉni za hepatocite, kardiomiocite, roţnjaĉu, beta
ćelije pankreasa itd. Ĉine ih 6 koneksina. Polukanal jedne ćelije i polukanal susedne ćelije
grade pukotinastu vezu. One propuštaju akcione potencijale, jone, cikliĉne nukleotide i sve
molekule ispod 1200 Da. Na otvaranje i zatvaranje ovih kanala utiĉe, pre svega, Ca2+, pH,
potencijal membrane i cikliĉni nukleotidi. Kada je u ćeliji niska koncentracija Ca2+ ovi kanali su
otvoreni. Otvoreni su na specifiĉan naĉin, tako što je svaka subjedinica (koneksin) nagnuta pod
uglom od 7,8o i formiraju strukuturu cveta (rozetu). Povećanje konc. Ca2+ dovodi do toga da se
oni ispravljaju, zaravne se i to dovodi do zatvaranja koneksona, odnosno, pukotinastih veza. Na
isti naĉin deluje smanjenje pH. Povećanje kiselosti na isti naĉin deluje na zatvaranja
pukotinastih veza. Šta se dešava kada nastane mutacija u genu za neki od koneksona? Npr.
mutacija u genu za koneksin 32 dovodi do bolesti koja se naziva CHARCOT-MARIE-TOOTH-
ova bolest. Šta je uzrok nastanke Šarkot-Mari-Tut (Charcot-Marie-Tooth) bolesti? U pitanju je
neuropatija koja nastaje usled mutacije u genu za koneksin 32 koji formira pukotinaste veze
izmeĊu Švanovih ćelija što dovodi do poremećaja u stvaranju mijelina i u prenosu akcionih
potencijala, što opet dovodi do degeneracija perifernih nerava. Klaustonov sindrom nastaje
usled mutacije u genu za koneksin 30 i manifestuje se na drugaĉiji naĉin, menja kvalitet kose,
dovodi do opadanja kose – alopecije.
21. 21
2) Voltaţno zavisni jonski kanali
Prvi voltaţni kanal je za Na , preĉišćen je ’78. godine i izolovan je iz elektrocita jegulje
(lat. Electrophorus electricus). Tada je ustanovljeno da se kod jegulje KANAL ZA Na sastoji
iskljuĉivo iz alfa-subjedinice koju grade 4 puta ponovljeni motivi, odnosno domeni 1, 2, 3, 4.
Alfa-subjedinca je glikozilovana i gradi taj tzv. pseudotetramer, znaĉi ne dolazi do
tetramerizacije ovih domena već se oni vezuju u jednu subjedinicu. Kasnije kod sisara je
ustanovljeno da postoje druge subjedinice, npr. u mišiću sisara (raĊeno na pacovima) postoji
beta1-subjedinica a u mozgu sisara postoji još i beta2. Znaĉi, nervne ćelije poseduju alfa, beta1
i beta2 subjedinice. Još uvek se ne zna koja je uloga beta sujedinica ali se pretpostavlja da ima
ulogu u eksprimiranju ovih kanala na membrani i da na neki naĉin regulišu otvaranje i
zatvaranju kanala. (Ponavlja da jegulja ima samo alfa subjedinicu). Zašto su bitni ovi kanali za
Na ? Bitni su za inicijalnu depolarizacionu fazu krive akcionog potencijala, izuzetno su
selektivni kanali – iskljuĉivo propuštaju Na . MeĊutim, bez obzira na selektivnost, njihovo
otvaranje i zatvaranje zavisi od koncentracije Ca2+ van ćelije. Ustanovljeno je da ukoliko se
poveća koncentracije Ca2+ u vanćelijskim teĉnostima, tj. intersticijumu, to dovodi do pomeranja
voltaţne aktivacije ovih kanla ka pozitivnijim vrednostima (crvena kriva sa slike) što se
manifestuje sa slabošću mišića. I suprotno, ukoliko se smanji koncentacija Ca2+ u intesticijumu,
ako je 0.5 mM, tada se voltaţna aktivacija pomera ka negativnim vrednostima, kriva se pomera
u levo što dovodi do hiperekcitabilnosti miocite.
Kod sisara je ustanovljeno da najmanje 8 gena kodira alfa-subjedinicu koja formira kanal i da se
ove izoforme eksprimiraju u razliĉitim tkivima. Osetljivost na ovaj toksin dovela je da se geni
koji kodiraju za ove kanale podele na 4 grupe izdvojene na osnovu osetljivosti na tetrodoksin
(TTX) i na osnovu toga što se eksprimiraju u razliĉitim tkivima:
1. U mozgu to je grupa kanala B-I, B-II, B-III, B-VI
2. Sledeća je izoforma SkM1 prisutna samo u skeletnim mišićima, takoĊe osetljiva na TTX
koja je prisutna iskljuĉivo u skeletnim mišićima.
3. SkM2 je prisutna iskljuĉivo u kardiocitama (srcu) ali je interesantno da je ova
subjedinica pronaĊena i u denervisanom skeletnom mišiću i ova forma nije osetljiva na TTX.
4. Još dve izoforme PN1, PN3, PN-od Periferni Nervni sistem, eksprimiraja se na
neuronima spinalne ganglije (PNS) i ova PN3 izoforma takoĊe nije osetljiva na TTX.
* I skorije je otkrivena još jedna podfamilija koja se eksprimira u materici i u mozgu.
Kad smo već kod selektivnosti i osetljivosti na razliĉite otrove, TTX je otrov koga
stvaraju morske bakterije i vrlo ĉesto se akumulira u tkivima beskiĉmenjaka, riba, vodeozemaca
i dovodi do blokade kanala za Na (sem SkM2 i PN3). Sigurno ste ĉuli fenomen trovanja
sušijem u Japanu, naroĉito je karakteristiĉna ova Fugu, puffer fish, riba koja moţe da se naduje,
ona iz nekog razloga specifiĉno akumulira ove toksine i moţe da izazove ozbiljan problem.
Drugi toksin koji moduliše otvaranje kanala za Na je saksitoksin (STX) koga stvaraju neke
vrste morskih dinoflagelata i koje su odgovorne za stavranje crvene plime. Kada se namnoţe
ove bakterije dovode do pomene boje mora i stvaranje tzv. crvene plime. Saksitoksin stvaraju i
22. 22
slatkovodne cijanobakterije i takoĊe dovodi do paralize usled trovanja „morskim plodovima“.
I jedan i drugi toksin se vezuju za P region alfa-subjedinice, deo koji formira poru i deluju tako
što drţe kanal otvorenim i najštetniji efekat koji izazivaju ova dva toksina je što dovode do
respiratorne paralize. Jedini naĉin da se u tom trenutku spase ţivot je stavljanje na aparate za
veštaĉko disanje. Sledeći toksin koji utiĉe na specifiĉnu izoformu je izoforma koja se nalazi u
skeletnim mišićima i zato se naziva mikro izoforma (SkM1) zato što na nju deluje mikro-
konotoksin otrov morskog puţa lat. Conus geographus. Ova vrsta grabljivog puţa ima posebno
izuzetno otrovan otrov koji ima poseban zub iz kojeg se izliva (priĉala o njemu prošle godine u
delu varenja i razliĉitog naĉina dobavljanja hrane). Mikro - konotoksin blokira SkM1 izoformu
kanala za Na. Sledi zatim plejada razliĉitih toksina, batrakotoksin kog stvara lat. Dendrobates
azureus slatka plava ţaba koja stvara izuzetno jak otrov. Sliĉan otrov stvara ptica sa Nove
Gvineje, ptica Pitohuji, isto otrov koji utiĉe na zatvaranje i otvaranje kanala za Na. Brevetoksin
koga stvaraju takoĊe dinoflagelate, neki biljni alkaloidi - veratridin, akonicin. Za akonicin
kaţu da je Kraljica otrova da je jedan od najjaĉih otrova. Neki insekticidi regulišu otvaranje i
zatvaranje kanala za Na . Škorpija lat. Androctonus centuroideus (nećete pamtiti latinske
nazive, naravno) stvara toksine. Ova škorpija stvara alfa i beta toksine koji se vezuju za
odereĊene delove odreĊenih segmenata Na-kanala i dovodi do njihove aktivacije/inaktivacije.
Još jedna grupa farmakoloških agenasa, to su anestetici. Karl Koler je 1884. godine otkrio
ispitujući efekat kokain biljaka i ustanovio je da kokain ima efeka anelgetika, ali naţalost ima i
dejstva na CNS- dovodi do omamljivanja. U meĊuvremenu je razvijena grupa lekova koja ima
sliĉan efekat kao kokain, ali ne deluje na CNS npr. prokain koji je praktiĉno kokain sa
analgetskim dejstvom, koristi se u ginekologiji, i kao lokalni anestetik u stomatologiji itd. Svi
oni deluju (anestetici) tako što se vezuju za već otvorene kanale za Na i onemogućavaju
repetitivno ispaljivanje AP.
Šta se dešava kada doĊe do mutacija gena koji kodiraju ove kanale? Gen za SkM1
izoformu je lociran na 17. hromozomu, gen za kardiocitnu izoformu lociran je na 3.
hromozomu.
Ta bolest koja nastaje usled mutacije i to zamene samo dve amino kiseline u alfa lancu
dovodi do hiperkalemične periodične paralize. Periodiĉna je jer dovodi do slabosti mišića
koje se periodiĉno javljaju. Nekad se javljaju i kada je normalna koncentracija K . Najĉešće se
javljaju napadi slabosti kada se poveća koncentarcija K u serumu (nakon vezbanja, nakon
fiziĉke aktivnosti ili nakon uzimanja hrane bogate K ). Primećeno je da se epizode rigidnog
koĉenja i slabosti mišića javljaju kada se poveća koncentracija K u serumu. Druga bolest je
paramiotonija kongenita koja nastaje usled nekoliko mutacija, odnosno zamenom jedne, dve,
tri ili ĉetiri amino kiseline koja takoĊe dovodi do peridoiĉne paralize, meĊutim, ovu periodiĉnu
paralizu „okida“ hladnoća tj. izlaganje hladnoći, niska tameperatura, zbog neĉega dovodi do
„okidanja“ ovog fenomena i do periodiĉne paralize. Sindrom dugog QT nastaje zbog delecije
jedne amino kiseline, izmeĊu trećeg i ĉetvrtog domena u izoformi koja se eksprimira u
kardiocitama koja dovodi do defektnog rada srca i moţe dovesti i do zastoja. Jedna vrsta
23. 23
sindroma koja je pronaĊena i karakteristiĉna samo za stanovnike Dalekog istoka naroĉito je
zastupljena na Tajlandu i Laosu, naziva se brugada sindrom vrlo je ĉest uzroĉnik smrti usled
ventrikularnih fibrilacija (ispaljivanje repetitivnih akcionih potencijala i nemogućnost da se
komora opusti). Brugada sindrom je dobio naziv po dvojici španskih kardiologa, iako je
karakteristiĉan za stanovnike Dalekog istoka. Lev-Lenegre sindrom koji se manifestuje tokom
sprovoĊenja Na kroz kanale i naziva se još i sindrom vezan za kanal za Na .
3) kanali za Ca 2 +
Kanali za Ca 2 izuzetno su bitni za depolarizacionu fazu nekih AP, za neke AP
dovoljan je samo Na . Kod mirisni receptora, na primer, da bi se uspostavio generatorski
potencijal potrebno je da se otvore kanali za Ca 2 i tek kada Ca 2 uĊe u ćeliju tada se formiraju
AP. Kanali za Ca 2 neophodni su za signalnu transdukciju, proces kontrakcije, za egzocitozu,
naroĉito je vaţan za egzocitozu neurotransmitera, za egzocitozu granula sa pankreasnim
hormonima (bez Ca 2 ne bi uopšte došlo do izluĉivanja hormona pankreasa). Kada je
koncentracija Ca 2 u fiziološkim granicama tada je ovaj kanal 1000 puta propustljiviji za Ca 2
nego za Na . Kanali za Ca 2 poseduju visoku selektivnost, mada ne takvu kao kanal za Na
jer je ustanovljeno da sa smanjenjem koncentracije Ca 2 ovaj kanal poĉinje da sprovodi i K i
Na . Jonsku selektivnost kanala za Ca 2 determiniše to da je neophodno da se najmanje 2 Ca
2
ubace u jonski kanal i da se simultano veţu i to dovodi do njihovog provoĊenja kroz ovaj
kanal (tzv. jon-jon interakcija unutar samog kanala).
Kanal za Ca 2 (izgleda sliĉno kao za Na ) ĉini alfa subjedinica, pseudotetramer tj.
ĉetiri domena povezana meĊusobno u alafa1 subjedinicu, meĊutim, kanal za Ca 2 poseduje još
i gama, alfa 2, delta i beta subjedinicu. Delta i alfa 2 su kodirane jednim genom i nakon
translacije dobija se jedan protein koji se iseca na dve subjedinice koje utiĉu na voltaţnu
selektivnost ovog kanala, kinetiku i pik AP.
Diverzitet kanala za Ca 2 (slajd 14) – postoji pet grupa kanala za Ca 2 (T, L, N, P/Q i
R). T kanali za Ca 2 su pominjani prošle godine kada se uĉilo na koji naĉin noradrenalin
ubrzava rad srca – noradrenalin otvara HCN kanale i ulazi Na koji dovodi do otvaranja T
kanala. T kanali su brzo aktivirajući i brzo inaktivirajući kanali, imaju nizak voltaţni prag
potreban za aktivaciju, manji od -30 mV i karakteristiĉni su za SA ĉvor. L kanali za Ca 2
nalaze se na kardiomiocitama i kroz njih ulazi ekstraćelijski Ca 2 . L kanali za Ca 2 su
spregnuti sa kanalima za Ca 2 na sarkoplazmatiĉnom retikulumu i na taj naĉin dolazi do
kalcijumom indukovanog oslobaĊanja kalcijuma. L kanali za razliku od T kanala se sporije
inaktiviraju zato se i nazivaju L kanali (L od long lived) imaju visok voltaţni prag za aktivaciju
iznad -30 mV i karakteristiĉni su pre svega za kardiomiocite, zatim za miocite skeltnih i glatkih
mišića, neurone i neuroendokrine ćelije. Ostale tri grupe kanala (N, P/Q i R), imaju visok
24. 24
voltaţni prag, veći od -30 mV, srednje se inaktiviraju i dovode do oslobaĊanja
neurotransmitera. N kanali se nalaze u dendritima i telima neurona. P/Q kanali se nalaze u
ćelijama kore cerebeluma naroĉito u Purkinjeovim ćelijama i granularnim ćelijama. R kanali se
uvek nalaze na membrani granularnih ćelija cerebeluma. P/Q kanali su presinaptiĉki kanali za
Ca 2 .
Ovi kanali za Ca 2 su razliĉito osetiljivi na lekove, blokatore. T kanal je manje osetljiv
na blokator dihydropyridin (DHP). DHP je grupa lekova koja utiĉe na kanale za Ca 2 . L
kanale, za razliku od T kanala, dihydropyridini blokiraju. Najpoznatiji dihydropyridin je
amlodipin ili Norvasc. Sledeća grupa lekova koja blokira L kanale su phenylalkylamini gde
spada verapamil ili Ispotin. Treća grupa su benzothiazepini (dilitiazem). Pomenuti lekovi se
koriste za smanjenje udarnog volumena i na taj naĉin dovode do smanjenja krvnog pritiska.
Krvni pritisak zavisi od stanja kontrakcije. Stanje kontrakcije regulišu kardiocite komore, na
tim kardiocitama se nalazi L kanali za Ca 2 kroz koje ulazi Ca 2 koji dovodi do osobaĊanja
unutarćelijskog Ca 2 i taj Ca 2 se vezuje za troponin C, dovodi do premeštanja vlakana i
dolazi do kontrakcije, meĊutim kada su ovi kanali blokirani i zatvoreni lekovima nema Ca 2 ,
dolazi do samnjenja udarnog volumena i to dovodi do smanjenja krvnog pritiska.
Dihydropyridini mogu da budi i blokatori i aktivatori oni se vezuju za linker izmeĊu S5 i S6 i
dovode do konformacionih promena i na taj naĉin utiĉu ili na otvaranje ili na zatvaranje i zato
se kaţe da mogu biti i aktivatori i blokatori. N kanal ne reaguje na grupu lekova
dihydropyridine ali reaguje na omega – conotoksin, otrov morskog puţa Conus geographicus
koji stvara i mikro -konotoksin zato što je conus ime roda conotoksin otrov ovog puţa koji
sadrţi mikro 1 i blokira kanale za Na u skeletnim mišićima a poseduje i omega conotoksin
koji utiĉe na N kanale za Ca 2 . ω- agatoksin pauka Agelenopsis aperta ω- Agatoksin blokira
P/Q kanale na njih takoĊe ne deluju DTH ali deluje ova komponenta otrova ovog pauka.
Na R kanale ne reaguju DTH, blokira ga ω- Agatoksin komponenta IIIA.
Dve razliĉite komponente toksina ovog pauka utiĉu na otvaranje i zatvaranje ove 2 vrste kanala
za Ca.
Šta se dešava ukoliko doĊe do mutacija u genu za kanal za kalcijum? Jedna neobiĉna,
retka bolest - muskularna disgeneza koja nastaje usled mutacija u genu za kanal za kalcijum-
(skeletno mišićni) i kanal koji je vezan za srce. Kod ovih miševa (ispitivanih) skeletni mišići se
ne razvijaju i oni po roĊenju umiru. Miocite ovih miševa intenzivno korišćene u kulturi za
ispitivanje Ca kanala-upravo je na ovim ćelijama ustanovljeno da 2 razliĉita gena kodiraju 2
razliĉita kanala-alfa1S gen kodira L kanal za Ca na skeletnim mišićima a alfa1C kodira kao
kanal za Ca u kardiomiocitama. Ustanovljeno je da unutarćelijski linker izmeĊu drugog i trećeg
domena – dugaĉki linker koji ulazi u citoplazmu - on determiniše naĉin kuplovanja izmeĊu
kanala za Ca2+ na membrani i SR (sarkoplazmin retikulum) u kardiocitama i miocitama što
znaĉi da je ovaj linker izmeĊu drugog i trećeg domena odgovoran za kalcijum indukovano
oslobaĊanje kalcijuma. Kada kalcijum uĊe kroz L kanale dovodi do kalcijum indukovanog
oslobaĊanja kalcijuma iz SR, kada su u pitanju mišićne ćelije - (determiniše naĉin kuplovanja
25. 25
izmeĊu ova 2 kanala) - od tog linkera zavisi ta veza i uopšte mehanizam kuplovanja -
spregnutost ova dva kanala. Ovo je sve ustanovljeno zahvaljujući ovom naslednom defektu
gena kada kanal za kalcijum dovodi do muskularne disgeneze. Sledeće oboljenje nije genetsko
oboljenje već oboljenje koje nastaje usled stvaranja alfa antitela za kanale kalcijuma-
presinaptiĉke kanale za kalcijum - LAMBERT-EATON-OV SINDROM. Ukoliko se stvaraju
antitela na presinaptiĉkom kanalu za Ca-( posledica-nema oslobaĊanja neurotransmitera koji
dovodi do ostvarivanja ovog sindroma).
HIPOKALEMIĈNA PERIODIĈNA PARALIZA - u pitanju je nasledni defekt kanala za
kalcijum koji nastaje usled taĉkastih mutacija u genu za L kanal za kalcijum u skeletnim
mišićima i koje se odraţavaju na voltaţni senzor.
FAMILIJARNA HEMIPLEGIĈNA MIGRENA - taĉkaste mutacije na P/Q kanalu koje dovode
do familijarne migrene ili EPIZODIĈNA ATAKSIJA TIP 2-mutacije na genu za P/Q kanal u
neuronima cerebeluma.
Poremećaj funkcije malog mozga-Ataksija-nemogućnosti ostvarivanja koordinisanih pokreta,
nemogućnosti odrţavanja ravnoteţe. Dolazi do mutacije gena za alfa 1A gen koji kodira upravo
P/Q kanal-prisutan na ćelijama kore malog mozga.
4) kanali za K +
(Inicijalni podaci o molekularnoj biologiji kanala za K+ dobijeni na Shaker mutantu Drosophile,
koje imaju defektan gen za kanal za K+, i zato drhte u etarskoj anesteziji.)
Prvi podaci su dobijeni na drozofili na mutantu koji ima defektan gen za kalijum, mutant
drhti u etarskoj anesteziji i zato su nazvani šejker mutanti-to je jedna grupa kanala za K koja se
danas naziva šejker kanali.
1987 je kloniran gen za kanal za kalijum kod sisara i ustanovljeno je da takoĊe sadrţi
domen koji kodira subjedinice (tetramerne, pseudotetramerne) sa kojima su spregnuti kanali za
kalcijum i kanali za natrijum. Na N kraju poseduju domen koji ima ulogu u tetramerizaciji,
takoĊe osim ova 4 domena tu se nalazi i jedna beta subjedinica-to bi bila struktura kanala za
kalijum. U pitanju je divergentna i velika familija kanala za kalijum-kaţemo da najmanje 17
razliĉitih gena kodira razliĉite kanale za kalijum sa kompletnim motivom.
U fiziološkim uslovima je ovaj kana je 100x propustljiviji za kalijum nego za natrijum-ukoliko
se poremeti odnos ovih jona ovaj kanal moţe da propušta i natrijum. Natrijum moţe ĉak i da
blokira kanale za kalijum.
Uloga kanala za kalijum: Ovi kanali imaju suprotnu ulogu u kanalima za natrijum i
kanalima za kalcijum, dakle imaju ulogu u inicijalnoj fazi akcionog potencijala, kanali za
kalcijum –odrţavanje depolarizacione faze, dok kanali za kalijum imaju ulogu u stabilizaciji
potencijala mirovanja odnosno u fazi završetka akcionog potencijala. Regulišu snagu i
frekvenciju svih tipova mišićnih kontrakcija, omogućavaju terminaciju oslobaĊanja
neurotransmitera iz nervnih završetaka, a u epitelnim ćelijama kroz ovaj kanal se kalijum i
apsorbuje. Da li se sećate nekog kanala koga smo spominjali na primeru tubulocita? Ti kanali
26. 26
deluju kao transkripcioni faktori za kanal za natrijum i to je epitelni kanal za natrijum i upravo
jedan od tih kanala je kanal za kalijum kroz koji se vrši sekrecija jona kalijuma.
U pitanju je vrlo divergentna raznolika familija kanala mnogo razliĉitijih kanala nego
što su u pitanju kanali za natrijum I kanali za kalcijum.
Pre molekularna biološka studija: ovi kanali su bili svrstani u 4 grupe, prva grupa su
kanali sa zakasnelom izlaznom rektifikacijom, to su kanali kroz koje kalijum izlazi i oni se
zakasnelo inaktiviraju.
Kanali sa brzom izlaznom rektifikacijom koji se brzo inaktiviraju, zatim Ca2+-
aktivirajući kanali za K+ .
Danas se kanali za kalijum svrstavaju u 3 familije, prvi su voltaţno zavisni kanali za K i
oni su upravo srodni šejker familiji -zašto njima-prvi podaci o ovom kanalu dobijeni su na
šejker mutantu drozofile koja ima mutiran gen za ovaj kanal i kod sisara su pronaĊeni srodni
kanali i to su zapravo voltaţni kanali za kalijum koji su svrstani u ovu prvu grupu. Druga grupa
su kalcijum aktivirajući kanali za kalijum.
Treća grupa su kanali sa anomalnom i ulaznom retifikacijom.
Prvi su voltaţno zavisni kanali za K+ i oni su upravo srodni shaker familiji. Prvi podaci
o ovoj familiji dobijeni su na shaker mutantu Drosophile koja drhti u anesteziji jer ima mutiran
gen za ovaj kanal. I kod sisara su pronaĊeni sliĉni kanali srodni kanali i to su zapravo voltaţni
kanali za K+. Druga grupa su Ca2+ aktivirajući kanali za K+, i treća grupa su kanali sa
anomalnom ulaznom rektifikacijom (rektifikacija je da li je ulazak ili izlazak, u principu svi
kanali za K+ imaju izlaznu rektifikaciju, ali ovaj anomalni ima ulaznu).
Prva grupa su voltaţno zavisni kanali za K+ (upozoravam dokone da je greškom rekla
za Ca+), kanali srodni kanalima Drosophile iz shaker familije, koji imaju konzerviran ovaj S1-
S6 motiv ali u zavisnosti od duţine N odnosno C kraja dele se na razliĉite podgrupe odnosno
ĉlanove podfamilija ove velike familije. Na Drozofili a posle i kod sisara je ustanovljeno da
depolarizacija dovodi do izmeštanja S4 segmenta – voltaţno zavisnog segmenta – voltaţni
senzor koji omogućava specifiĉnost ovog kanala, omogućava mu da reaguje na promene voltaţe
u ćeliji. Kv familija je podeljena na 12 klasa. Prva klasa su homologi shaker kalanima kod
Drozofile, Kv2 klasa su Shab kanali Drozofile, Kv3 Shaw kanali Drozofile itd. Ono što nas
interesuje to je da moţemo da ih podelimo na dve velike grupe. Jedna grupa su kanali
takozvanog A tipa koji se brzo inaktiviraju i druga grupa su kanali koji se zakasnelo aktiviraju u
odgovoru na depolarizaciju. Ako poredimo recimo kanale Kv1.1, Kv1.2, 1.3, 1.4, kada bi
gledali njihove krive, kako izgledaju akcioni potencijali, videli bi da se oni sve brţe i brţe
inaktiviraju. Kv1.1 ima dugaĉak plato 1.2 je već nešto kraći a Kv1.4 je već brzo inaktivirajući
kanal. Ovo ne moramo da pamtimo, na šta se dele i ove silne brojke, ali treba da znamo da
postoji grupa kanala koji se brzo inaktiviraju i grupa koji se sporije inaktiviraju u odgovoru na
depolarizaciju. Na koji naĉin se vrši inaktivacija? Postoje dva mehanizma. Jedna vrsta
mehanizma je tzv. ˝ball and chain˝, 20-ak amino kiselina na amino kraju imaju ulogu lopte
vezane sa lancem i ta lopta moţe da zatvori kanal za kalijum i na taj naĉin da ga inaktivira.
Umetne se u usta kanala i na taj naĉin ga zatvori. Kanali koji nemaju ovakav N kraj i nemaju N
tip inaktivacije (N tip zato što je amino kraj taj koji zatvara kanal) kod njih β subjedinica deluje
kao lopta koja zatvara usta kanala.
27. 27
Druga grupa su kanali za K+ koje aktivira Ca2+ i oni su kalcijumom aktivirajući kanali
za kalijum, nazivaju se još i MAXI kanali i BK (big channel) i oni na primer omogućavaju
repetitivnu ekscitaciju odnosno repetitivno ispaljivanje akcionih potencijala u SA ĉvoru. Da se
podsetimo da je Ca2+ neophodan za bilo kakvu vrstu kontrakcije i izmeĊu dva akciona
potencijala SERCA pumpe upumpavaju Ca2+ u organele. Dok se SERCA pumpe ne aktiviraju
aktiviraju se ovi kanali za K+, Ca2+ aktivira ove kanale za K+ i omogućavaju hiperpolarizaciju
dok SERCA pumpe ne ubace Ca2+ u unutarćelijske depoe. Pre nego što će SERCA da ukloni
Ca2+ on za to vreme aktivira kanale za K+, tada K+ ulazi i dovodi do hiperpolarizacije. Druga
uloga ovih kanala je relaksacija glatkih mišićnih ćelija. Treća uloga je regulacija volumena
nenadraţljivih ćelija procesom bubrenja ćelija. Rekli smo da ovi kanali imaju sliĉan domen,
ovaj karakteristiĉni S1-S6 domen, jedina razlika je što ima i ovaj S0 domen na N kraju i ima
karakteristiĉan COOH kraj od nekih 850 AK za koji se vezuje Ca2+ i aktivira ovaj kanal.
Osim BK kanala postoje i SK kanali (small channel), oni su voltaţno nezavisni i reguliše ih
kalcijum koji je vezan za kalmodulin. Kalmodulin je taj koji reguliše otvaranje ovih kanala. I on
je recimo karakteristiĉan i neophodan za ekscitacju neurona i sekreciju hormona.
Treća grupa su kanali sa anomalnom ulaznom rektifikacijom. Sadrţi 7 podfamilija Kir1-
Kir7 i njihova uloga je da se spreĉi gubitak K+ tokom repetitivne aktivacije i tokom akcionih
potencijala koji dugo traju. Ne sadrţe kompletan domen, sadrţe samo S5 i S6 za koje je vezana
P petlja koja praktiĉno oblaţe poru i budući da ne poseduje S4 voltaţni senzor oni se ne mogu
voltaţno aktivirati. Na koji naĉin se uspostavlja anomalna rektifikacija – anomalni ulazak K+?
Uspostavlja se tako što unutarćelijski Mg2+ blokira kanal tako da ne dozvoljava K+ iz ćelije da
izlazi napolje kroz ovaj kanal. Osim Mg2+, spermin i spermidin, molekuli poliamini koji se
nalaze unutar ćelije takoĊe ostvaruju ovu rektifikaciju tj. ne dozvoljavaju da unutarćelijski K+
izlazi kroz ove kanale. S druge strane, negativna voltaţa a i K+ koji ulazi ima tendenciju da
izmesti Mg2+ i na taj naĉin K+ ulazi suprotno – anomalno tj. ulazi umesto da izlazi kao što je to
sluĉaj sa drugim kanalima za K+. Rektifikaciju omogućavaju joni Mg2+ i molekuli poliamini
koji mogu blokirati usta kanala. Spreĉavanje blokade, odnosno ponovno uspostavljanje
funkcionisanja kanala u suprotnom smeru omogućava K+ koji ulazi i izmešta jon Mg2+ i
omogućava ulazak jona u suprotnom smeru. Jedna podfamilija kanala sa anomalnom
rektifikacijom su GIRK kanali koje aktivira βγ subjedinica u SA ĉvoru i to je naĉin na koji
acetilholin (Ach) ostvaruje negativno hronotropno dejstvo na rad srca. Još jedna podfamilija
kanala sa anomalnom rektifikacijom koji su regulisani sa adeninskim nukleotidima i za njih je
karakteristiĉno da ih ATP inhibira a ADP aktivira, nalaze se u kardiocitima, tubulocitima i
naroĉito su karakteristiĉne u β ćelijama pankreasa. Za njih se kaţe da ta sprega metabolizma,
odnosno stvaranja ATP-a reguliše njihovo otvaranje i zatvaranje. Interesantan je primer kako
dolazi do sekrecije insulina. Ostvaruje se upravo posredstvom ovih kanala i to kako? Povećanje
prometa glukoze utiĉe na β ćelije pankreasa koje stvaraju insulin dovodi do remećenja odnosa
ATP/ADP u korist ATP-a. ATP blokira ove kanale što dovodi do male depolarizacije i do toga
da se aktiviraju kanali za Ca2+, Ca2+ ulazi u β ćeliju i dolazi do egzocitoze granula sa insulinom.
Voltaţno zavisni zakasnelo aktivirajući kanali za K+ se blokiraju sa tetraetilamonijumom – TA
koji se vezuje za isto mesto za koje se vezuje K+ i na taj naĉin se onemogućava vezivanje K+ na
koji naĉin se spreĉava propuštanje K+.
S druge strane voltaţno zavisni kanali koji se brzo inaktiviraju, A kanali, njih blokira
aminopiridon.
28. 28
Kir kanali, koji uĉestvuju u sekreciji insulina zahvaljujući ATP-u, oni se blokiraju
tolbutamidom i glibenklamidom, glibenklamid se ĉesto dovodi u vezu sa dijabetesom tipa 2.
Zatim, toksini se vezuju za ove kanale.
Charybdotoxin, neurotoksin otrova izraeslkog škorpiona Leirusa quinquestriatusa, jer
ima 5 strafte na leĊima i koji blokira iskljuĉivo kanale za kalijum koji se aktiviraju kalcijumom.
Dendrotoksin, Neurotoskisin otrova crne mambe, Dendroaspsis, blokira voltaţno
zavisne kanale za kalijum I to iskljuĉivo na Ranvierovim suţenjima motoneurona i povećava
oslobaĊanje acetilholina. Dendrotokin K je striktno selektivan za kalijumove voltaţno zavisne
kanale familije jedan ĉlana jedan.
Kaliotoksin, škorpije Androctonus mauretanicus, koji blokira voltaţno zavisne kanale
za kalijum familije 1 ĉlana 3.
To su svi toksini koji deluju na ovaj kanal.
Nasledni defekti, bolesti koji nastaju usled mutacija gena ili autoantitela za proteine kanala za
kalijum.
o Kongenitalni hiperinsulinizam - mutacija u genu za kanal koji je regulisan adeninskim
nukleotidima i omogućava oslobaĊanje insulina iz ćelija pankreasa.
o Sindrom dugog QT - mutacija u genu za kanal Kv 7.1, prisutan u SA ĉvoru, uzrokuje
defektan srĉani ritam. Samo ime govori, QT, znaĉi da se prolongira period, raspon izmeĊu
QRS zubca i T talasa perioda izmeĊu, depolarizacije komora i repolarizacije komora. Mutacija
je u genu koji kodira za ovaj kanal - za kalijum, a kalijum dovodi do hiperpolarizacije.
o Sa druge strane, Sindrom kratkog QT, mutacija u genu za Kv 11.1 ili hER kanala za
kalijum dovodi do suprotnog efekta od prethdonog, jer smanjuje se rastojanje izmeĊu QRS
zubca i T talasa.
o Adersen- Tawilov sindrom, opet uzrokuje defektan ritam srca, usled mutacija u genu
za Kir 2.1. koji osim defektnog rada srca uzrokuje i fiziĉke anomalije kao što su mala donja
vilica, nisko postavljene uši i karakteristiĉna zakrivljenost prstiju. Na osnovu fenotipa moţe se
lako zakljuĉiti da pacijent ima defektan gen za kalijum.
o Mutacija u genu za ROMK, koji je opet kanal za kalijuma, on je karakteristiĉan za
tubulocite, i to uzlaznog dela Henlejeve petlje i kortikalnih cevcica, on uzrokuje Barterov
sindrom, koga karakteriše hipokalemija i acidoza. U ovim ćelijama se jasno odrţava acido-
bazna ravnoteţa, ako se sećate, sto opet dovodi do njenog poremećaja
o Mutacija u genu za Kv 1.5 dovodi do atrijalne fibrilacije
o ISAACov sindrom, autoimuski fenomen, dolazi do stvaranja autoantitela na Kv1.1, što
dovodi do hiper osetljivosti perifernih nerava i spontane mišićne atrofije.
1998. prvi put na Streptomyces-u je otkrivena 3D struktura kanala za kaliljum, KscA. Ovaj
kanal je homolog IR kanalu za kalijum kiĉmenjaka, u pitanju je tetramer kao što je i Shaker tip
kanal, ali svaku subjedinice ne sadrţe (NEKI NISAM DOBRO RAZUMELA KOJI) motiv već
samo S5-P-S6 domen.
Upravo na Streptomyces–u je ustanovljeno da S5 ĉini periferni deo kanala, dok su svi
spoljni, sva ĉetiri tetramera spoljni deo kanala, S6 ĉini kicmu kanala, dok P jon je odgovoran za
osetljivost na blokatore kanala i odgovoran je takoĊe za osetljivost.
29. 29
TakoĊe je utvrĊeno da ovaj kanal vezuje kooperativno 3 jona kalijuma, da vezivanje kalijuma
potiĉe od S6 segmenta, a ne boĉnih aminokisleinskih lanaca.
Na koji naĉin su evoluirali kanali?
Dakle smatra se da su voltaţno zavisni kanali, smatra su da su svi geni evoluirali od
primordijalnog gena, koji se tokom evolucije duplirao, I naši…geni nastali su i tako su nastali
geni za tetramerne kanale kao što su kanali za kalijum, s’druge strane pseudotetramerni kao što
su kanali za natrijum I kalcijum.
Grupa kanala koja se aktivira agonistima:
Agonisti su razliciti trasmiteri ili hormoni kao što su na primer: ATP, GABA, ACETILHOLIN,
SEROTONIN, GLICIN, GLUTAMAT. Na osnovu toga su formirane 4 vrste kanala:
1) Prvi su oni koje aktivira ATP, kod kojih, domen formiraju 2 transmembranska segmenta i
jedna velka petlja van ćelije. Oni su najjednostavniji jonotropni receptori.
2) Malo sloţeniji su kanali koje aktivira serotonin, acetiholin, glicin, GABA i glutamin.
Domen je-pentamer, sastoji se iz M1, M2, M3 i M4 transmembranskih segmenata, ono što je
karakteristiĉno jeste da poru formira M2 transmembranski segment.
3) Kanali koje aktivira glutamat, AMPA, NMDA i jonotropni kanali za glutamat. Imaju tri
transmembranska segmenta i poru koja nije okrenuta kao što je okrenuta pora odnosno petlja
kod kanala za kalijum, kalcijum i natrijum, već se ta petlja nalazi izmeĊu prva dva i sa
unutrašnje strane .
4) Skoro definisani kanal kod Cyanobacteria, receptor za glutamate koji se satoji iz dva
transmembranska segmenta kanala za kalijum i petlje locirane izmeĊu njih.
5) Ligandi se vezuju za ekstracelijske domene.
I kako oni izgledaju:
Na primer Acetilholinski receptor - jonotropni kanali, koji je pentamer. Sastoji se iz
dve alfa subjedinice, beta, gama i delta subjedinice . Svaka subjedinica formira domen I svaka
subjedinica sadrzi M1,M2, M3 i M4 domen. Alfa subjedinica vezuje ligand. Dva Acetilholina
se vezuju za receptor da bi se on otvorio, na takav naĉin receptor sada zahvaljujući M2 domenu,
koji predstavlja poru, propusta katjone i to natrijum i kalijum.
Druga vrsta receptora je na primer GABA koji je takoĊe jonotropni receptor, ali
receptor za anjone. Sastoji se iz 5 subjedinica, jedna subjedinica vezuje ligand, GABA-u, druga
subjedinica vezuje benzodiazepine, treća barbiturate, a ĉetvrta poseduje mesta za vezivanje
stereodigena.
Primer kanala za natrijum, kalijum i kalcijum su AMPA i NMDA - jonotropni
receptori za glutamat, pri ĉemu AMPA iskljuĉivo vezan za Na i K. NMDA propušta i kalcijum.
30. 30
Signalna transdukcija
Kada priĉamo o signalnoj transdukciji logiĉno je da, ĉim su se pojavili u evoluciji
višećelijski organizmi, da se pojavila potreba za nekom vrstom komunikacije izmeĊu ćelija; i
kako su evoluirali višećelijski organizmi, tako su evoluirali i signalni putevi, odnosno mehanizmi
signalne transdukcije.
Svesni smo toga da bilo koji biološki proces ne bi mogao da se odvija bez signalne
transdukcije, poĉevši od embriogeneze do kompleksnih integracionih procesa, npr. odgovor na
stres, pri ĉemu se ukljuĉuju svi fiziološki sistemi i omogućavaju odrţavanje homeostaze.
Pre svega, da vidimo šta su to signali. Hemijski signali su hemijski molekuli hrane,
hemijski molekuli odoranti, joni, materije koje reflektuju metaboliĉki status (npr. glukoza,
slobodne masne kiseline), neurotransmiteri, hormoni. Neurotransmiteri, hormoni i materije koje
reflektuju metaboliĉki status omogućavaju ćelijama da medjusobno komuniciraju, i to da
komuniciraju susedne ćelije ili udaljene ćelije.
