Neuronens Fysiologi 2. Spänningskänsliga jonkanaler

Transkript

1 Neuronens Fysiologi 2 Spänningskänsliga jonkanaler

2 SPÄNNINGSKÄNSLIGA KANALER Na + kanaler aktionspotentialen K + kanaler aktionspotentialen inhibition Ca 2+ kanaler transmitter frisättning plasticitet Cl - kanaler inhibition

3 Membranpotentialen bestämmer om kanalerna är öppna eller stängda

4 Spänningskänsliga jonkanaler funktionella delar I Kanaldel dvs en por eller ett hål genom membranet II Portar - aktiveringsport och inaktiveringsport som öppnar resp. sluter kanalen båda är spänningskänsliga III Gating (= öppning och slutning) av portar IV Selektivitetsfilter= ett filter som åtskiljer olika joner från varandra V Spännings sensor

5 Funktionella enheter i en Na + kanal + Functional units in a Na channel Na + Channel O Na + O O O O Selectivity filter Activation gate Na + Inactivation gate

6 Selektivitetsfilter Bestämmer vilken jon släpps igenom kanalen Samtliga joner har ett specifikt vattenhölje vattenmolekylerna organiserar sig kring jonen så att syregrupperna attraheras till den positiva laddningen och väteatomerna sprätar bort från jonen

7 Na + jonens vattenhölje

8 Syregrupper inne i kanalen liknar jonens vattenhölje och jonen kan passera genom kanalen

9 Endast Na + passar in i en Na + kanal eftersom dess vattenhölje motsvarar strukturen i selekivitetsfiltret Na +

10 K + passar inte in i Na + kanalen Na +

11 Crystal structure of the selectivity filter of a K + channel K + movement through the channel involves 4 separate selectivity filters The hydrated K + ion is dehydrated at the inner surface of the membrane

12 En spänningskänslig kanals struktur ELECTROPHORUS ELECTRICUS Den elektriska ålens Na + kanals struktur utreddes först

13 En spänningskänslig kanals struktur

14 Na kanalens öppningssekvens Depolarisering till tröskelvärdet öppning av aktiveringsport Na+ flödar in stängning av inaktiveringssport Na+ flödet stannar> repolarisering >kanalen är refraktor stängning av aktivationsport Inaktiveringsporten öppnas - kanalen är färdig att öppnas vid följande depolarisering

15 Na kanalens öppningssekvens

16 Na + kanalens aktiverings och inaktiverings sekvens en inaktiverad kanal kan inte öppnas med depolarisering + Na channel gating Resting Depolarization Refractory Activation Inactivation

17 Na + kanalens aktiverings och inaktiverings sekvens därför är den refraktär + Na channel gating Resting Depolarization Refractory Activation Inactivation

18 Na + kanalens aktiverings och inaktiverings sekvens sekvensen tar endast 2 msekunder + Na channel gating Resting Depolarization Refractory Activation Inactivation

19 Hur går den elektriska signalen dvs aktionspotentialen framåt längs axonen? Propagering

20 Propagering

21 Propagering vila

22 Propagering depolarisering till tröskelvärde

23 Propagering kanal no 1 aktiveras aktionspotentialens stigande fas Na

24 Propagering inaktivering (refraktär) av kanal no 1 aktivering av kanal Na

25 Propagering vilotillstånd kanal no1 inaktivering kanal 2 aktivering kanal Na+

26 Propagering vila kanal no 1 och 2 inaktivering kanal no

27 Propagering - vila

28 En mängd toxiner från olika giftiga djur och växter påverkar specifikt Na + kanalen + Na channel toxins

29 Spänningskänsliga Na + -kanaler: toxiner Tetrodotoxin Batrachotoxin - och -skorpiontoxiner Veratridin

30 Bollfisken före den hamnar i stekpannan

31 Zombies According to widespread Haitian beliefs, voodoo sorcerers (bokors) would administer a 'magic powder' to their victim. The victim would lapse into a state of such low metabolic activity that he (or she) might appear clinically dead. The poor soul would then be buried alive, only to be rescued days later by the sorcerer who dug him up, fed him an hallucinogenic concoction, and sold him as a slave, often to sugar plantations. If the zombie could free himself, he can still be spotted by his glassy eyes, limited speech capability, nasal voice and slow and 'goofy' movements.

32 Zombies On analysing the bokors samples, Davis found that they contained a number of ingredients, including fresh remains of human cadavers, noxious toads, nettles, as well as parts of a puffer fish (Sphoeroides testudineus) found in Haitian waters. It was this fish that puzzled Davis, since puffer fish and the similar porcupine fish (Diodon hystrix) are known to contain tetrodotoxin, a potent toxin that can block the sodium channels between nerve endings and can cause paralysis and death

33 Olika toxiner har olika verkan på Na + kanaler

34 saxitoxin produceras i plankton eller blågröna alger Utnyttjades i första lyckade försöket att isolera Na + kanalen från electrophorus electricus

35 Saxitoxin produceras av blågröna alger

36 Lokalanestetika eller bedövningsmedel verkar genom att hämma Na + kanaler Detta sker via såkallat use dependent block dvs ju mer kanalen öppnas ju starkare blockeras den Därför påverkas främst smärtnerver vid lokalanestesi vid ingrepp Inward current ms -40 membrane potential xylokain

37 Typiska lokalanestetika Xylokain benzokain prokain kokain mest användt som lokalbedövningsmedel och vid hjärtarytmier används vid öroningrepp

38 K + -KANALER K + kanalerna strävar att göra membranpotentialen mera negativ dvs hyperpolarisera cellen. Det finns en mängd K + kanaler med olika funktion. Na+ Na+ K + Na+ Na+ Na+ Na+ K + K + K + K + K + K + K + K Vissa har betydelse för upprätthållandet av vilopotentialen Vissa har betydelse vid aktionspotentialens fallande fas

39 Olika funktionella K + kanaltyper De såkallade Inward rectifier kanalerna öppnas vid hyperpolarisering och har betydelse för upprätthållandet av vilopotentialen. Delayed rectifier kanalerna igen öppnas vid stor depolarisering och bestämmer aktionspotentialens fallande fas. A kanalerna öppnas vid små depolariseringar och reglerar vilopotentialen samt eventuellt aktionspotentialen.

40 Olika funktionella K + kanaltyper kanaltyp egenskap funktion INWARD RECTIFIER inward rectifier öppnas vid höga vilopotential membranpotentialer M-current öppnas av vilopotential camp,stängs långsam EPSP av PI-kopplade receptorer ATP-reglerade Stängs av ATP vilopotential kanaler öppnas av ADP koppling till energi omsättning

41 Olika funktionella K + kanaltyper DELAYED RECTIFIER delayed rectifier öppnas vid depolari- Aktionspotentialens serande membran falland fas potentialer Ca2+ Stimuleras av intra- autonom aktivitet aktiverade cellulärt Ca 2+ aktionspotentialers -BK kanaler -S kanaler frekvens

42 Olika funktionella K + kanaltyper A KANALER transient öppnande vid depolarisering både aktivering och inaktivering vilopotential aktionspotential

43 Olika funktionella K + kanaltypers spänningsberoende Den räta linjen visar en kanal vars öppnande och slutande är oberoende av spänningen över membranen. De övriga kurviga linjerna beror på kanalen öppnings och slutningsegenskaper.

44 Spänningskänsliga K + -kanaler: toxiner delayed rectifier Dendrotoxiner A-kanaler Charybdotoxin Scyllatoxiner inward rectifier Ca 2+ -aktiverade ATP-känsliga Apamin Titiustoxiner

45 I vila är Na + kanalerna och delayed rectifier stängda men inward rectifier öppen A. Resting A B C D + Na channel Inward Delayed closed rectifier rectifier open closed K +

46 Under aktionspotentialen stängs inward rectifier och Na + kanalerna och delayed rectifier öppnas i sekvens B/C. Action potential + Na channel open or inactivated Inward rectifier closed Delayed rectifier open B Na + C A D K +

47 Vila- inward rectifiern öppen + Na channel Inward Delayed closed rectifier rectifier open closed K +

48 Depolarisering inward rectifier stängs K +

49 Na + kanalen öppnas Na K +

50 Na + kanalen inaktiveras delayed rectifiern öppnas +++ Na K +

51 vila + Na channel Inward Delayed closed rectifier rectifier open closed K +

52 Ca 2+ KANALER Hela idén med aktionspotentialen är att öppna Ca 2+ kanaler, som för informationen in i cellen via Ca 2+ bindande proteiner. Spänningskänsliga Ca 2+ kanaler har många olika funktioner i neuronen

53 Spänningskänsliga Ca 2+ kanaler betydelse Transmittorfrisättning Aktionspotential Neuroners överlevnad och utveckling Postsynaptisk signalering

54 Signalöverföring via Ca 2+ kanaler Ca 2+ binder kalmodulin Kalmodulin aktiverar CAMK CAMK fosforylerar målproteiner Cellulära funktioner aktiveras

55 Ca 2+ kanaler i dendriter och nervterminaler

56 Funtionella Ca 2+ kanalstyper T-kanaler Transienta kortvarigt öppna -kräver liten depolarisering( mv) N- kanaler = Neuronala- transmitterfrisättning- hämmas av -conotoxin - öppnas mv L-kanaler= långvarigt öppna- finns i olika vävnader hämmas av verapamil, dihydropyridiner (tex nifedipin) - öppnas mv P-kanaler= purkinje cell- transmitterfrisättning- hämmas av -agatoxin - öppnas mv R,Q etc som P

57 Spänningskänsliga Ca 2+ kanalers aktivationsekvens vissa såsom L-kanaler inaktiveras inte

58 Spänningskänsliga Ca 2+ kanalers egenskaper Olika Ca 2+ kanaler har altså olika spänningsberoende och olika inaktiveringshastighet. Från dessa egenskaper känner man igen olika Ca 2+ kanaltyper. Till strukturen liknar Ca 2+ kanalerna Na + kanaler. De har dessutom ytterligare subenheter som ger dem specifika egenskaper när det gäller reglering via neurotransmittorer