Informatie

B2. Transmembraanpotentieel - Biologie


Er rijzen verschillende vragen over de verdeling van ionen en de grootte van de transmembraanpotentiaal.

  1. Hoe komen de ionengradiënten tot stand?
  2. Hoe draagt ​​de transmembraan-ionenverdeling bij aan de membraanpotentiaal?
  3. Hoe kunnen de elektrochemische potentiaal in rust en de ionenverdeling worden gehandhaafd?

Het antwoord op deze vragen zal worden geïllustreerd aan de hand van studies over twee soorten hersencellen, gliacellen (die fungeren als beschermers, aaseters en feeder voor hersenneuronen) en neuronen. Beide soorten cellen hebben transmembraanpotentialen.

Gliacellen

1. De transmembraan-iongradiënten voor ionen kunnen door verschillende mechanismen worden vastgesteld. Men gebruikt ion-specifieke ATPases (P-type iontransporters), zoals we bespraken met de Na/K ATPase. Deze transporteur stoot 3 natriumionen uit de binnenkant van de cel uit voor elke 2 kaliumionen die het transporteert, allemaal tegen een concentratiegradiënt. Omdat het een elektrogene antiporter is, helpt het het potentieel te genereren. Bovendien dragen specifieke ionenkanalen ook bij (zoals hieronder beschreven) aan de transmembraangradiënten en -potentialen.

2. De moeilijkere vraag is hoe de ionenverdeling bijdraagt ​​aan de membraanpotentiaal. Er moeten twee dingen gebeuren om een ​​membraanpotentiaal te laten bestaan: Ten eerste moet er een concentratiegradiënt zijn van geladen ionen (bijvoorbeeld natrium, kalium of chloride) over het membraan. Ten tweede moet het membraan differentieel permeabel zijn voor verschillende ionen. Als het membraan volledig ondoordringbaar zou zijn voor ionen, zou er geen beweging van ionen door het membraan kunnen plaatsvinden en zou er geen membraanpotentiaal ontstaan. Als membranen echter differentieel permeabel zijn voor de ionen, kan er een elektrische potentiaal over het membraan ontstaan. Onthoud dat synthetische dubbellagen vrij ondoordringbaar zijn voor ionen, gezien de hydrofobiciteit van het interne deel van de dubbellaag. Evenzo is het vrij ondoordringbaar voor glucose. Het blijkt dat gliacellen alleen een niet-gepoort kaliumkanaal lijken te hebben, waardoor kaliumionen naar buiten kunnen stromen door de concentratiegradiënt. De binnenkant zal dan een netto negatieve lading hebben omdat er ondoordringbare anionen achterblijven. De chemische potentiaalgradiënt veroorzaakt deze uitstroom van kaliumionen. Naarmate er meer ionen vertrekken, wordt de binnenkant negatiever en ontwikkelt zich een transmembraanpotentieel dat verdere uitstroom van kalium weerstaat. Uiteindelijk komen ze in evenwicht en stopt de netto-efflux van kalium. De transmembraanpotentiaal in rust bereikt -75 mV, wat precies de waarde is die wordt verkregen uit de vergelijkingen die we hieronder zullen afleiden. Omdat gliacellen alleen een niet-gepoort kaliumkanaal tot expressie lijken te brengen, is hun rustpotentiaal gelijk aan de kaliumevenwichtspotentiaal.

Figuur: visualisatie van de transmembraanpotentiaal in met K+ geladen blaasjes + een non-gated K+ kanaal.

(Opmerking: bovenstaande afbeelding bevat een fout. Cl- ion, ervan uitgaande dat het niet permeabel is, zal bij evenwicht niet over het membraan veranderen.)

bijdragers

  • Prof. Henry Jakubowski (College of St. Benedict/St. John's University)

Rustpotentieel

Een relatief statisch membraanpotentiaal dat gewoonlijk wordt aangeduid als de grondwaarde voor transmembraanspanning.

De relatief statische membraanpotentiaal van rustende cellen wordt de membraanpotentiaal in rust (of rustspanning), in tegenstelling tot de specifieke dynamische elektrochemische verschijnselen die actiepotentiaal en graduele membraanpotentiaal worden genoemd.

Afgezien van de laatste twee, die voorkomen in prikkelbare cellen (neuronen, spieren en sommige secretoire cellen in klieren), kan de membraanspanning in de meeste niet-prikkelbare cellen ook veranderingen ondergaan als reactie op omgevings- of intracellulaire stimuli. Het rustpotentiaal bestaat vanwege de verschillen in membraanpermeabiliteit voor kalium-, natrium-, calcium- en chloride-ionen, die op hun beurt het gevolg zijn van functionele activiteit van verschillende ionenkanalen, ionentransporters en uitwisselaars. Conventioneel kan rustmembraanpotentiaal worden gedefinieerd als een relatief stabiele grondwaarde van transmembraanspanning in dierlijke en plantaardige cellen.

De typische rustmembraanpotentiaal van een cel komt voort uit de scheiding van kaliumionen van intracellulaire, relatief immobiele anionen over het membraan van de cel. Omdat de membraanpermeabiliteit voor kalium veel hoger is dan die voor andere ionen, en vanwege de sterke chemische gradiënt voor kalium, stromen kaliumionen van het cytosol naar de extracellulaire ruimte en voeren ze een positieve lading uit, totdat hun beweging in evenwicht wordt gebracht door de opbouw van negatieve lading aan de binnenkant van het membraan. Nogmaals, vanwege de hoge relatieve permeabiliteit voor kalium, ligt de resulterende membraanpotentiaal bijna altijd dicht bij de kaliumomkeerpotentiaal. Maar om dit proces te laten plaatsvinden, moet eerst een concentratiegradiënt van kaliumionen worden ingesteld. Dit werk wordt gedaan door de ionenpompen/transporteurs en/of wisselaars en wordt over het algemeen aangedreven door ATP.

In het geval van de rustmembraanpotentiaal over het plasmamembraan van een dierlijke cel, worden kalium- (en natrium) gradiënten tot stand gebracht door de Na + /K + -ATPase (natrium-kaliumpomp) die 2 kaliumionen naar binnen en 3 natriumionen naar buiten transporteert de kosten van 1 ATP-molecuul. In andere gevallen kan bijvoorbeeld een membraanpotentiaal worden vastgesteld door verzuring van de binnenkant van een vliezig compartiment (zoals de protonpomp die membraanpotentiaal genereert over synaptische blaasjesmembranen). [ citaat nodig ]


Een wereldwijd jaarlijks overzicht van nieuwe gegevens over bijwerkingen van geneesmiddelen

Gwyneth A. Davies, Mike Pynn, in jaarlijkse bijwerkingen van geneesmiddelen, 2011

Teratogeniteit

bèta2-adrenoceptoragonisten kunnen functionele en gedragsmatige teratogene effecten veroorzaken en zijn in verband gebracht met toename van autismespectrumstoornissen, psychiatrische stoornissen, slechte cognitieve en motorische functies, slechte schoolprestaties en veranderingen in bloeddruk bij het nageslacht [52R]. Benadrukt moet worden dat de risico's van onbehandelde ziekte voor de moeder en de foetus groter zijn dan het risico van het gebruik van een bèta2-adrenoceptoragonist, maar dat de geneesmiddelen alleen mogen worden gebruikt als dit duidelijk is aangegeven.

In een vergelijking van 502 zuigelingen met hartafwijkingen (Congenital Malformations Registry) met gematchte controles, hadden de nakomelingen van vrouwen met astma die luchtwegverwijders hadden gebruikt een verhoogd risico op een hartafwijking (OR = 2,20 95% BI = 1,05, 4,61) en specifiek obstructieve defecten (OR = 4,49 CI = 2,03, 9,94), die significant bleven wanneer alleen naar salbutamol werd gekeken (OR = 4,62 CI = 1,66, 12,85) [53 C]. Helaas was er geen informatie over frequentie of dosering van medicijnen, en meerdere medicijnen waren ook geassocieerd met een risico op hartafwijkingen. De auteurs suggereerden dat zowel de maternale astmastatus (ernst onder controle) als het gebruik van astmamedicatie, met name luchtwegverwijders, een rol kunnen spelen bij hartafwijkingen bij hun nakomelingen.

Bij 24 kinderen met ernstige aangeboren afwijkingen was er geen verhoogd risico op misvormingen bij zwangerschapsblootstelling aan kort- of langwerkende bèta-adrenoceptoragonisten [54 C].


Membraan potentieel

Invoering

Een exciteerbaar membraan heeft een stabiele potentiaal wanneer er geen netto ionenstroom door het membraan vloeit. Twee factoren bepalen de netto stroom van ionen over een open ionenkanaal: de membraanpotentiaal en de verschillen in ionenconcentraties tussen de intracellulaire en de extracellulaire ruimten. Omdat cellen een negatief intracellulair potentieel hebben, zal de elektrische kracht de neiging hebben om positief geladen ionen (kationen zoals natrium, kalium en calcium) in een cel te laten stromen. Daarom zullen elektrische krachten een binnenwaartse stroom van natrium-, kalium- en calciumionen en een buitenwaartse stroom van chloride-ionen sturen. De richting van de ionenbeweging geproduceerd door de 'concentratiekracht' hangt af van de concentratieverschillen voor het ion tussen de intracellulaire en de extracellulaire compartimenten. Natrium-, calcium- en chloride-ionen hebben hogere extracellulaire concentraties in vergelijking met intracellulaire concentraties. De intracellulaire concentratie van kalium is groter dan de extracellulaire concentratie. Concentratiekrachten sturen een binnenwaartse stroom van natrium-, calcium- en chloride-ionen en een uitgaande stroom van kaliumionen. De membraanpotentiaal waarbij de elektrische en concentratiekrachten voor een bepaald ion in evenwicht zijn, wordt de evenwichts- of Nernst-potentiaal voor een bepaald ion genoemd. Bij de evenwichtspotentiaal worden in- en uitgaande stroombewegingen gebalanceerd voor een specifiek ion vanwege het balanceren van de elektrische en concentratiekrachten. Voor een bepaald kation, bij membraanpotentialen die negatief zijn in vergelijking met de evenwichtspotentiaal, stromen ionen de cel in, en bij membraanpotentialen die positiever zijn dan de evenwichtspotentiaal, zal de stroom die wordt gedragen door het specifieke ion uit de cel stromen. De richting van de stroombeweging voor een specifiek ion heeft altijd de neiging om de membraanpotentiaal terug te brengen naar de evenwichtspotentiaal voor dat specifieke ion. Voorbeelden van benaderde evenwichtspotentiaal voor ionen in skeletspieren worden getoond in Tabel 1.

Tafel 1 . Evenwichtspotentiaal

IonEvenwichtspotentiaal (mV)
Natrium65
Potassium−105
Calcium&gt100
Chloride−95 (rustpotentiaal)
Rustpotentieel−95

De membraanpotentiaal vertegenwoordigt een evenwicht tussen de evenwichtpotentialen van de ionen waarvoor het membraan doorlaatbaar is. Hoe groter de geleidbaarheid van een ion, hoe meer dat ion de membraanpotentiaal van de cel zal beïnvloeden. De belangrijkste conductanties die verantwoordelijk zijn voor het vaststellen van de rustmembraanpotentiaal zijn die van chloride, kalium en natrium. Chloridegeleiding is groot in skeletspiervezels, waarin het wordt gemedieerd door skeletspierchloridekanalen. Perifere zenuwvezels hebben kleinere chloridegeleidingen. In skeletspieren is chloride de dominante membraangeleiding, goed voor ongeveer 80% van de rustmembraangeleiding. Chloridekanalen in skeletspieren zijn ongebruikelijk omdat ze worden afgesloten door de aanwezigheid van ionen in de intracellulaire en extracellulaire openingen in plaats van door de membraanpotentiaal. Het kanaal zal waarschijnlijk openen wanneer een chloride-ion zich aandient. De unieke poorteigenschappen van chloridekanalen zorgen ervoor dat de chloride-ionen in overeenstemming met de membraanpotentiaal over het membraan worden verdeeld. Dientengevolge bepaalt de chloridegeleiding de membraanpotentiaal niet.

In plaats daarvan werkt chloridegeleiding als een rem om het moeilijker te maken voor het membraan om te depolariseren. Daarom heeft chloridegeleiding een belangrijke stabiliserende invloed op de membraanpotentiaal.

Het dominante ion bij het instellen van de rustmembraanpotentiaal is kalium. Kaliumgeleiding is goed voor ongeveer 20% van de rustmembraangeleiding in skeletspieren en is verantwoordelijk voor het grootste deel van de rustgeleiding in neuronen en zenuwvezels. Dit is voornamelijk toe te schrijven aan niet-gepoorte ionenkanalen, die bestaan ​​uit interne gelijkrichter- en 'slow-leak'-kanalen. Inwaartse gelijkrichterkanalen zijn verantwoordelijk voor het handhaven van de membraanpotentiaal bij afwezigheid van een elektrische excitatiestroom. Het zijn de niet-gepoorte ionenkanalen die verantwoordelijk zijn voor verschillen in de elektrische respons van verschillende celtypen. Neuronen, die niet-gepoorte ionkanalen voor kalium, natrium en chloride bevatten, hebben bijvoorbeeld een rustmembraanpotentiaal dat afwijkt van het berekende Nernst-potentiaal voor K+ (vooral bij lage concentraties), terwijl gliacellen, die niet-gepoorte ionenkanalen bevatten voor slechts kalium, hebben een rustmembraanpotentiaal dat nauw overeenkomt met het berekende Nernst-potentiaal voor K+.

De kleine hoeveelheid natriumgeleiding in de rustende skeletspier, of zenuwmembraan, heeft tot gevolg dat de rustmembraanpotentiaal enigszins positief of gedepolariseerd is in vergelijking met de evenwichtspotentiaal voor kalium (Tabel 2). De specifieke klasse van kaliumkanalen die de rustmembraanpotentiaal bepaalt, is het binnenwaartse of afwijkende kaliumkanaal van de gelijkrichter. De calciumgeleiding in rust is buitengewoon klein. Daarom draagt ​​calcium niet bij aan de rustmembraanpotentiaal.

Tafel 2 . Membraanpotentiaal onder verschillende omstandigheden

Membraan staat:Dominante membraangeleiding:Membraanpotentiaal
RustenK + Dicht bij K + evenwichtspotentiaal, ongeveer −95 mV
Piek van actiepotentiaalNa + Nabij Na + evenwichtspotentiaal, ongeveer 40 mV

Tijdens een actiepotentiaal gaan Na+-kanalen open en is de dominante membraangeleiding die van Na+. Bijgevolg is de membraanpotentiaal ongeveer gelijk aan de Na+-evenwichtspotentiaal (Tabel 2).


Abstract

Nauwkeurige modellering van ionentransport door synthetische en biologische transmembraankanalen is tot nu toe een uitdagend probleem geweest. We introduceren hier een nieuwe methode die het mogelijk maakt om dergelijk transport onder realistische biologische omstandigheden te bestuderen. We presenteren resultaten van moleculaire dynamica-simulaties van een ionkanaal gevormd door een peptidenanobuis, ingebed in een lipidedubbellaag en onderhevig aan transmembraanpotentialen gegenereerd door asymmetrische verdelingen van ionen aan beide zijden van het membraan. We laten zien dat de methode efficiënt is voor het genereren van ionenstromen en stelt ons in staat om de intrinsieke geleiding van het kanaal te schatten.

Huidig ​​adres: Center for Molecular Modeling, Department of Chemistry, University of Pennsylvania, Philadelphia, PA 19104-6323.

Aan wie de correspondentie moet worden gericht. Tel: (33) 3 83 68 40 95. Fax: (33) 3 83 68 43 87. E-mail: [e-mail'160protected]


MATERIALEN EN METHODES

Veeteelt en mRNA-injectie

Xenopus laevis embryo's werden in vitro bevrucht volgens standaardprotocollen (Sive et al., 2000) in 0,1 x Marc's Modified Ringer's (MMR 10 mM Na+, 0,2 mM K+, 10,5 mM Cl-, 0,2 mM Ca2+, pH 7,8]. Intracellulaire ionenconcentraties in Xenopus zijn: 21 mM Na+, 90 mM K+, 60 mM Cl-, 0,5 mM Ca2+ (Gillespie, 1983). Xenopus embryo's werden gehuisvest bij 14-18°C en gefaseerd volgens Faber en Nieuwkoop (Faber en Nieuwkoop, 1967). Afgetopte synthetische mRNA's gegenereerd met behulp van mMessage mMachine (Ambion) werden opnieuw gesuspendeerd in water en geïnjecteerd (3 nl per blastomeer) in embryo's in 3% Ficoll. Alle experimenten werden goedgekeurd door de Tufts University Animal Research Committee in overeenstemming met de gids voor zorg en gebruik van proefdieren.

Beeldvorming van membraanspanningspatronen met CC2-DMPE

Verse CC2-DMPE (Molecular Probes) voorraden (1 mg/ml in DMSO) werden 1:1000 verdund in 0,1 x MMR tot 0,2 M. Embryo's werden gedurende 1,5 uur in CC2-DMPE-kleurstof geweekt, gevolgd door vijf wasbeurten in 0,1 x MMR. Embryo's in 0, 1 x MMR werden afgebeeld met behulp van 405 nm-excitatie en 460 nm-emissie op een Nikon AZ100-microscoop met een Andor Luca digitale CCD-camera en NIS-Elements-software.

In situ hybridisatie

Embryo's werden gefixeerd in MEMFA [100 mM MOPS (pH 7,4), 2 mM EGTA, 1 mM MgSO4, 3,7% (v/v) formaldehyde] en in situ hybridisatie werd uitgevoerd zoals beschreven (Harland, 1991). Gebruikte sondes waren: Otx2 [geschenk van Dr. Valerie Schneider (Pannese et al., 1995)], Pax6 [geschenk van Dr. Ali Hemmati-Brivanlou (Hirsch en Harris, 1997)] en Rx1 [geschenk van Dr. Michael Zuber (Andreazzoli et al., 1999)].

Immunofluorescentie

Embryo's werden overnacht gefixeerd in MEMFA en bewaard bij 4 ° C in PBTr (1 x PBS, 0, 1% Triton X-100), ingebed in paraffine en in plakjes gesneden bij 10 m. Secties werden drie keer gewassen in PBTr, geblokkeerd met 10% geitenserum, overnacht geïncubeerd met primair antilichaam in PBTr, zes keer gewassen met PBTr en geïncubeerd met Alexa Fluor-geconjugeerd secundair antilichaam (Invitrogen 1:1000) gedurende 4 uur bij kamertemperatuur . Secties werden vervolgens gewassen, gemonteerd en bekeken met een Olympus BX61 confocale microscoop met draaiende schijf met een ORCA digitale CCD-camera (Hamamatsu) bestuurd met MetaMorph-software. Primaire antilichamen waren: β-kristalline (Abcam ab90379 1:1000) (Secchi et al., 1976) Glutaminesynthetase (Sigma G2781 1:500) (Pahuja et al., 1985) XAP2 (DSHB-kloon 5B9 1:10) (Harris en Messersmith, 1992) Calbindin (Sigma C2724 1:500) (Gargini et al., 2007) en Islet-1 (DSHB-kloon 39.4D5 1:100) (Ericson et al., 1992).

Blootstelling aan drugs

Voorraden van ivermectine (IVM) (Sigma) werden bereid bij 10 mM in DMSO. Embryo's werden in 0,1 x MMR blootgesteld aan: 10 M IVM, 0,1 mM Verapamil, 10 M Fluoxetine of 10 μM Lindaan.

Intracellulaire opnames van embryocellen

Membraanpotentialen werden gemeten met behulp van een oöcytklem OC-725C-versterker (Warner Instruments, Hamden, CT, VS) met een enkele spanningselektrode. Micro-elektroden werden gemaakt van dunwandig borosilicaatglas getrokken met een vlammende / bruine micropipettrekker (P-97, Sutter Instruments, Novato, CA, VS) en terug gevuld met elektrode-oplossing (2 M kaliumacetaat, 10 mM KCl, 5 mM HEPES pH 7,5). Tipweerstanden waren 80-100 Mω. Elektrodepenetratie van ectodermale cellen was door visuele begeleiding op een microscoop met een vast podium (Zeiss) met behulp van een drieassige micromanipulator.

Fotoconversie

EosFP mRNA (Gurskaya et al., 2006 Nienhaus et al., 2006 Wacker et al., 2007 Wiedenmann et al., 2004 Wiedenmann en Nienhaus, 2006) werd geïnjecteerd in Xenopus embryo's onmiddellijk na de bevruchting in het eencellige stadium. In stadium 17/18 werden de embryo's gedrenkt in CC2-DMPE-kleurstof. De CC2-DMPE-kleuring werd gedocumenteerd met een Olympus BX61-microscoop. Het door CC2-DMPE aangegeven gebied werd blootgesteld aan DAPI-excitatiegolflengte met behulp van een 40 × lens. De fotoconversie werd onmiddellijk gedocumenteerd in fase 17/18 en opnieuw in fase 28.


<p>Deze sectie geeft informatie over de tertiaire en secundaire structuur van een eiwit.<p><a href='/help/structure_section' target='_top'>Meer. </a></p> Structuur i

Secundaire structuur

<p>Informatie afgeleid uit een combinatie van experimenteel en computationeel bewijs, zonder handmatige validatie.</p> <p><a href="/manual/evidences#ECO:0000213">Meer. </a></p> Automatische bewering afgeleid uit combinatie van experimenteel en computationeel bewijs i

Automatische bewering afgeleid uit combinatie van experimenteel en computationeel bewijs i

Automatische bewering afgeleid uit combinatie van experimenteel en computationeel bewijs i

Automatische bewering afgeleid uit combinatie van experimenteel en computationeel bewijs i

3D-structuurdatabases

SWISS-MODEL Repository - een database van geannoteerde 3D-eiwitstructuurmodellen

Database van vergelijkende eiwitstructuurmodellen

Eiwitdatabank in Europa - Knowledge Base

Diverse databases

Relatief evolutionair belang van aminozuren binnen een eiwitsequentie


B2. Transmembraanpotentieel - Biologie

De functies van het zenuwstelsel - sensatie, integratie en respons - hangen af ​​van de functies van de neuronen die aan deze paden ten grondslag liggen. Om te begrijpen hoe neuronen kunnen communiceren, is het noodzakelijk om de rol van een prikkelbaar membraan bij het genereren van deze signalen. De basis van deze communicatie is de actiepotentiaal, die laat zien hoe veranderingen in het membraan een signaal kunnen vormen. Als we kijken naar de manier waarop deze signalen werken in meer variabele omstandigheden, moeten we kijken naar gegradeerde potentialen, die in de volgende sectie zullen worden behandeld.

Elektrisch actieve celmembranen

De meeste cellen in het lichaam maken gebruik van geladen deeltjes, ionen, om een ​​lading over het celmembraan op te bouwen. Eerder werd aangetoond dat dit een onderdeel is van hoe spiercellen werken. Om skeletspieren te laten samentrekken, gebaseerd op excitatie-contractiekoppeling, is input van een neuron nodig. Beide cellen maken gebruik van het celmembraan om de ionenbeweging tussen de extracellulaire vloeistof en het cytosol te reguleren.

Zoals je in het hoofdstuk over cellen hebt geleerd, is het celmembraan in de eerste plaats verantwoordelijk voor het reguleren van wat het membraan kan passeren en wat aan één kant blijft. Het celmembraan is een fosfolipide dubbellaag, dus alleen stoffen die direct door de hydrofobe kern kunnen gaan, kunnen er zonder hulp doorheen diffunderen. Geladen deeltjes, die per definitie hydrofiel zijn, kunnen niet zonder hulp door het celmembraan (Figuur 11.17). Transmembraaneiwitten, met name kanaaleiwitten, maken dit mogelijk. Om een ​​transmembraanpotentiaal te genereren en een actiepotentiaal te genereren, zijn verschillende kanalen nodig, evenals gespecialiseerde energieafhankelijke "ionenpompen". Van bijzonder belang is het dragereiwit dat de natrium/kaliumpomp wordt genoemd en die natriumionen (Na+) uit een cel en kaliumionen (K+) in een cel beweegt, waardoor de ionenconcentratie aan beide zijden van het celmembraan wordt gereguleerd.

De natrium/kaliumpomp heeft energie nodig in de vorm van adenosinetrifosfaat (ATP), daarom wordt het ook wel ATPase genoemd. Zoals in het celhoofdstuk werd uitgelegd, is de concentratie van Na+ buiten de cel hoger dan binnen, en is de concentratie van K+ hoger in de cel hoger dan buiten. Dat betekent dat deze pomp de ionen tegen de concentratiegradiënten voor natrium en kalium in beweegt, en daarom is er energie voor nodig. In feite handhaaft de pomp in feite die concentratiegradiënten.

Ionenkanalen zijn poriën die het mogelijk maken dat specifieke geladen deeltjes het membraan passeren als reactie op een bestaande concentratiegradiënt. Eiwitten zijn in staat om het celmembraan te overspannen, inclusief de hydrofobe kern, en kunnen interageren met de lading van ionen vanwege de gevarieerde eigenschappen van aminozuren die worden aangetroffen in specifieke domeinen of regio's van het eiwitkanaal. Hydrofobe aminozuren worden gevonden in de domeinen die zijn gehecht aan de koolwaterstofstaarten van de fosfolipiden. Hydrofiele aminozuren worden blootgesteld aan de vloeibare omgevingen van de extracellulaire vloeistof en het cytosol. Bovendien zullen de ionen een interactie aangaan met de hydrofiele aminozuren, die selectief zullen zijn voor de lading van het ion. Kanalen voor kationen (positieve ionen) hebben negatief geladen zijketens in de porie. Kanalen voor anionen (negatieve ionen) hebben positief geladen zijketens in de porie. Dit heet elektrochemische uitsluiting , wat betekent dat de kanaalporie ladingsspecifiek is.

Ionen kunnen ook worden gespecificeerd door de diameter van de porie. De afstand tussen de aminozuren zal specifiek zijn voor de diameter van het ion wanneer het dissocieert van de watermoleculen eromheen. Vanwege de omringende watermoleculen zijn grotere poriën niet ideaal voor kleinere ionen, omdat de watermoleculen gemakkelijker een interactie aangaan door waterstofbruggen dan de zijketens van aminozuren. Dit heet maat uitsluiting . Sommige ionenkanalen zijn selectief voor lading, maar niet noodzakelijk voor grootte, en worden daarom a . genoemd niet-specifiek kanaal . Deze niet-specifieke kanalen zorgen ervoor dat kationen, met name Na+, K+ en Ca2+, het membraan kunnen passeren, maar sluiten anionen uit.

Ionenkanalen laten niet altijd vrij dat ionen door het membraan diffunderen. Ze worden geopend door bepaalde gebeurtenissen, wat betekent dat de kanalen zijn omheind . Dus een andere manier waarop kanalen kunnen worden gecategoriseerd, is op basis van hoe ze zijn beveiligd. Hoewel deze klassen van ionkanalen voornamelijk worden aangetroffen in cellen van zenuw- of spierweefsel, kunnen ze ook worden gevonden in cellen van epitheel- en bindweefsel.

EEN ligand-gated kanaal opent omdat een signaalmolecuul, een ligand, bindt aan het extracellulaire gebied van het kanaal. Dit type kanaal staat ook bekend als an ionotrope receptor omdat wanneer het ligand, bekend als een neurotransmitter in het zenuwstelsel, zich aan het eiwit bindt, ionen het membraan passeren en van lading veranderen (Figuur 11.18).

EEN mechanisch gated kanaal opent vanwege een fysieke vervorming van het celmembraan. Veel kanalen die verband houden met de tastzin (somatosensatie) zijn mechanisch gepoort. Als er bijvoorbeeld druk op de huid wordt uitgeoefend, gaan deze kanalen open en kunnen ionen de cel binnendringen. Vergelijkbaar met dit type kanaal zou het kanaal zijn dat opent op basis van temperatuurveranderingen, zoals bij het testen van het water in de douche (Figuur 11.19).

EEN voltage-gated kanaal is een kanaal dat reageert op veranderingen in de elektrische eigenschappen van het membraan waarin het is ingebed. Normaal staat het binnenste gedeelte van het membraan op een negatieve spanning. Wanneer die spanning minder negatief wordt, begint het kanaal ionen door het membraan te laten gaan (Figuur 11.20).

EEN lekkage kanaal is willekeurig afgesloten, wat betekent dat het willekeurig wordt geopend en gesloten, vandaar de verwijzing naar lekken. Er is geen daadwerkelijke gebeurtenis die het kanaal in plaats daarvan opent, het heeft een intrinsieke snelheid van schakelen tussen de open en gesloten toestanden. Lekkagekanalen dragen bij aan de rusttransmembraanspanning van het exciteerbare membraan (Figuur 11.21).

Het membraanpotentieel

Het plasmamembraan van neuronen is: gepolariseerd, wat betekent dat er een elektrisch verschil is over het plasmamembraan. De elektrische toestand van het celmembraan kan verschillende variaties hebben. Dit zijn allemaal variaties in de membraanpotentiaal. Een potentiaal is een verdeling van lading over het celmembraan, gemeten in millivolt (mV). De standaard is om de binnenkant van de cel te vergelijken met de buitenkant, dus de membraanpotentiaal is een waarde die de lading aan de intracellulaire kant van het membraan weergeeft, gebaseerd op het feit dat de buitenkant relatief gezien nul is (Figuur 11.22).

De concentratie van ionen in extracellulaire en intracellulaire vloeistoffen is grotendeels in evenwicht, met een netto neutrale lading. Er treedt echter een klein verschil in lading op direct aan het membraanoppervlak, zowel intern als extern. Het is het verschil in dit zeer beperkte gebied dat alle kracht in neuronen (en spiercellen) heeft om elektrische signalen te genereren, inclusief actiepotentialen.

Voordat deze elektrische signalen kunnen worden beschreven, moet de rusttoestand van het membraan worden uitgelegd. Wanneer de cel in rust is en de ionenkanalen gesloten zijn (behalve lekkanalen die willekeurig opengaan), worden ionen op een zeer voorspelbare manier over het membraan verdeeld. De concentratie Na+ buiten de cel is 10 keer groter dan de concentratie binnen. Ook is de concentratie K+ in de cel groter dan daarbuiten. Het cytosol bevat een hoge concentratie aan anionen, in de vorm van fosfaationen en negatief geladen eiwitten. Grote anionen zijn een onderdeel van het binnenste celmembraan, inclusief gespecialiseerde fosfolipiden en eiwitten die zijn geassocieerd met het binnenblad van het membraan (folder is een term die wordt gebruikt voor één kant van het lipide dubbellaags membraan). De negatieve lading is gelokaliseerd in de grote anionen.

Met de ionen verdeeld over het membraan bij deze concentraties, wordt het verschil in lading gemeten bij -70 mV, de waarde beschreven als de membraanpotentiaal in rust . De exacte waarde die wordt gemeten voor de rustmembraanpotentiaal varieert tussen cellen, maar -70 mV wordt meestal als deze waarde gebruikt. Deze spanning zou eigenlijk veel lager zijn, afgezien van de bijdragen van enkele belangrijke eiwitten in het membraan. Door lekkagekanalen kan Na+ langzaam de cel in of K+ langzaam naar buiten, en de Na+/K+-pomp herstelt ze. Dit lijkt misschien een verspilling van energie, maar elk heeft een rol bij het handhaven van de membraanpotentiaal.

Het actiepotentieel

Rustmembraanpotentiaal beschrijft de stabiele toestand van de cel, wat een dynamisch proces is dat wordt gecompenseerd door ionenlekkage en ionenpompen. Zonder enige invloed van buitenaf zal het niet veranderen. Om een ​​elektrisch signaal op gang te krijgen, moet de membraanpotentiaal veranderen.

Dit begint met een kanaalopening voor Na+ in het membraan. Omdat de concentratie van Na+ buiten de cel een factor 10 hoger is dan binnen de cel, zullen ionen de cel instromen die grotendeels worden aangedreven door de concentratiegradiënt. Omdat natrium een ​​positief geladen ion is, zal het de relatieve spanning direct in de cel veranderen ten opzichte van direct daarbuiten. De rustpotentiaal is de toestand van het membraan bij een spanning van -70 mV, dus het natriumkation dat de cel binnenkomt, zal ervoor zorgen dat het minder negatief wordt. Dit staat bekend als depolarisatie , wat betekent dat de membraanpotentiaal naar nul beweegt.

De concentratiegradiënt voor Na+ is zo sterk dat het de cel zal blijven binnenkomen, zelfs nadat de membraanpotentiaal nul is geworden, zodat de spanning direct rond de porie positief begint te worden. De elektrische gradiënt speelt ook een rol, omdat negatieve eiwitten onder het membraan het natriumion aantrekken. De membraanpotentiaal zal +30 mV bereiken tegen de tijd dat natrium de cel is binnengekomen.

Als de membraanpotentiaal +30 mV bereikt, openen andere spanningsafhankelijke kanalen zich in het membraan. Deze kanalen zijn specifiek voor het kaliumion. Een concentratiegradiënt werkt ook op K+ in. Als K+ de cel begint te verlaten en een positieve lading meeneemt, begint de membraanpotentiaal terug te gaan naar zijn rustspanning. Dit heet repolarisatie , wat betekent dat de membraanspanning teruggaat naar de -70 mV-waarde van de rustmembraanpotentiaal.

Repolarisatie brengt de membraanpotentiaal terug naar de -70 mV-waarde die de rustpotentiaal aangeeft, maar overschrijdt die waarde eigenlijk. Kaliumionen bereiken een evenwicht wanneer de membraanspanning lager is dan -70 mV, dus er treedt een periode van hyperpolarisatie op terwijl de K+-kanalen open zijn. Die K+-kanalen hebben wat vertraging bij het sluiten, wat deze korte overschrijding verklaart.

Wat hier is beschreven, is de actiepotentiaal, die wordt weergegeven als een grafiek van spanning in de tijd in figuur 11.23. Het is het elektrische signaal dat zenuwweefsel genereert voor communicatie. De verandering in de membraanspanning van -70 mV in rust tot +30 mV aan het einde van depolarisatie is een verandering van 100 mV. Dat kan ook worden geschreven als een verandering van 0,1 V. Om die waarde in perspectief te plaatsen, denk aan een batterij. Een AA-batterij die je in een afstandsbediening van een televisie zou kunnen vinden, heeft een spanning van 1,5 V, of een 9 V-batterij (de rechthoekige batterij met twee polen aan het ene uiteinde) is uiteraard 9 V. De verandering die te zien is in de actiepotentiaal is een of twee ordes van grootte minder dan de lading in deze batterijen. In feite kan de membraanpotentiaal worden omschreven als een batterij. Over het membraan wordt een lading opgeslagen die onder de juiste omstandigheden kan worden vrijgegeven. Een batterij in uw afstandsbediening heeft een lading opgeslagen die "loskomt" wanneer u op een knop drukt.

Wat er over het membraan van een elektrisch actieve cel gebeurt, is een dynamisch proces dat moeilijk te visualiseren is met statische afbeeldingen of tekstbeschrijvingen. Bekijk deze animatie voor meer informatie over dit proces. Wat is het verschil tussen de drijvende kracht voor Na+ en K+? En wat is er vergelijkbaar aan de beweging van deze twee ionen?

De vraag is nu, wat initieert het actiepotentiaal? De bovenstaande beschrijving verdoezelt dat punt gemakkelijk. Maar het is essentieel om te begrijpen wat er gebeurt. De membraanpotentiaal blijft op de rustspanning totdat er iets verandert. De beschrijving hierboven zegt alleen dat er een Na+-kanaal wordt geopend. Nu, zeggen "een kanaal opent" betekent niet dat één individueel transmembraaneiwit verandert. In plaats daarvan betekent het dat er een soort kanaal wordt geopend. Er zijn een paar verschillende soorten kanalen die ervoor zorgen dat Na+ het membraan kan passeren. Een ligand-gated Na+-kanaal zal openen wanneer een neurotransmitter eraan bindt en een mechanisch gepoort Na+-kanaal zal openen wanneer een fysieke stimulus een sensorische receptor beïnvloedt (zoals op de huid uitgeoefende druk een touch-receptor comprimeert). Whether it is a neurotransmitter binding to its receptor protein or a sensory stimulus activating a sensory receptor cell, some stimulus gets the process started. Sodium starts to enter the cell and the membrane becomes less negative.

A third type of channel that is an important part of depolarization in the action potential is the voltage-gated Na + channel. The channels that start depolarizing the membrane in response to a stimulus cause the cell to depolarize from -70 mV to -55 mV. -55mV is the drempelpotentieel. Once the membrane reaches the threshold potential, the voltage-gated Na + channels open and an action potential will be initiated. Any depolarization that does not depolarize the membrane potential to -55 mV or higher will not reach threshold, and thus will not result in an action potential. This type of stimulus would be a subthreshold stimulus.

Because of the threshold, the action potential can be likened to a digital event—it either happens or it does not. If the threshold is not reached, then no action potential occurs. If depolarization reaches -55 mV, then the action potential continues and runs all the way to +30 mV, at which K + causes repolarization, including the hyperpolarizing overshoot. Also, those changes are the same for every action potential, which means that once the threshold is reached, the exact same thing happens. A stronger stimulus, which might depolarize the membrane well past threshold, will not make a “bigger” action potential. Action potentials are “all or none.” Either the membrane reaches the threshold and everything occurs as described above, or the membrane does not reach the threshold and nothing else happens. All action potentials peak at the same voltage (+30 mV), so one action potential is not bigger than another. Stronger stimuli will initiate multiple action potentials more quickly, but the individual signals are not bigger. Thus, for example, you will not feel a greater sensation of pain, or have a stronger muscle contraction, because of the size of the action potential because they are not different sizes.

As we have seen, the depolarization and repolarization of an action potential are dependent on two types of channels (the voltage-gated Na + channel and the voltage-gated K + channel). The voltage-gated Na + channel actually has two gates. One is the activation gate , which opens when the membrane potential crosses -55 mV. The other gate is the inactivation gate , which closes after a specific period of time—on the order of a fraction of a millisecond. When a cell is at rest, the activation gate is closed and the inactivation gate is open. However, when the threshold is reached, the activation gate opens, allowing Na + to rush into the cell. Timed with the peak of depolarization, the inactivation gate closes. During repolarization, no more sodium can enter the cell. When the membrane potential passes -55 mV again, the activation gate closes. After that, the inactivation gate re-opens, making the channel ready to start the whole process over again.

The voltage-gated K + channel has only one gate, which is sensitive to a membrane voltage of -50 mV. However, it does not open as quickly as the voltage-gated Na + channel does. It might take a fraction of a millisecond for the channel to open once that voltage has been reached. The timing of this coincides exactly with when the Na + flow peaks, so voltage-gated K + channels open just as the voltage-gated Na + channels are being inactivated. As the membrane potential repolarizes and the voltage passes -50 mV again, the channel closes—again, with a little delay. Potassium continues to leave the cell for a short while and the membrane potential becomes more negative, resulting in the hyperpolarizing overshoot. Then the channel closes again and the membrane can return to the resting potential because of the ongoing activity of the non-gated channels and the Na + /K + pump.

All of this takes place within approximately 2 milliseconds (Figure 11.24). While an action potential is in progress, another one cannot be initiated. That effect is referred to as the refractaire periode. There are two phases of the refractory period: the absolute refractaire periode en de relatieve refractaire periode. During the absolute phase, another action potential will not start. This is because of the inactivation gate of the voltage-gated Na + channel. Once that channel is back to its resting conformation (less than -55 mV), a new action potential could be started, but only by a stronger stimulus than the one that initiated the current action potential. This is because of the flow of K + out of the cell. Because that ion is rushing out, any Na + that tries to enter will not depolarize the cell, but will only keep the cell from hyperpolarizing.

Propagation of the Action Potential

The action potential is initiated at the beginning of the axon, at what is called the initial segment. There is a high density of voltage-gated Na + channels so that rapid depolarization can take place here. Going down the length of the axon, the action potential is propagated because more voltage-gated Na + channels are opened as the depolarization spreads. This spreading occurs because Na + enters through the channel and moves along the inside of the cell membrane. As the Na + moves, or flows, a short distance along the cell membrane, its positive charge depolarizes a little more of the cell membrane. As that depolarization spreads, new voltage-gated Na + channels open and more ions rush into the cell, spreading the depolarization a little farther.

Because voltage-gated Na + channels are inactivated at the peak of the depolarization, they cannot be opened again for a brief time—the absolute refractory period. Because of this, depolarization spreading back toward previously opened channels has no effect. The action potential must propagate toward the axon terminals as a result, the polarity of the neuron is maintained, as mentioned above.

Propagation, as described above, applies to unmyelinated axons. When myelination is present, the action potential propagates differently. Sodium ions that enter the cell at the initial segment start to spread along the length of the axon segment, but there are no voltage-gated Na + channels until the first node of Ranvier. Because there is not constant opening of these channels along the axon segment, the depolarization spreads at an optimal speed. The distance between nodes is the optimal distance to keep the membrane still depolarized above threshold at the next node. As Na + spreads along the inside of the membrane of the axon segment, the charge starts to dissipate. If the node were any farther down the axon, that depolarization would have fallen off too much for voltage-gated Na + channels to be activated at the next node of Ranvier. If the nodes were any closer together, the speed of propagation would be slower.

Propagation along an unmyelinated axon is referred to as continuous geleiding along the length of a myelinated axon, it is saltatorische geleiding . Continuous conduction is slow because there are always voltage-gated Na + channels opening, and more and more Na + is rushing into the cell. Saltatory conduction is faster because the action potential basically jumps from one node to the next (saltare = “to leap”), and the new influx of Na + renews the depolarized membrane. Along with the myelination of the axon, the diameter of the axon can influence the speed of conduction. Much as water runs faster in a wide river than in a narrow creek, Na + -based depolarization spreads faster down a wide axon than down a narrow one. Dit concept staat bekend als: weerstand and is generally true for electrical wires or plumbing, just as it is true for axons, although the specific conditions are different at the scales of electrons or ions versus water in a river.

Homeostatic Imbalances: Potassium Concentration

Glial cells, especially astrocytes, are responsible for maintaining the chemical environment of the CNS tissue. The concentrations of ions in the extracellular fluid are the basis for how the membrane potential is established and changes in electrochemical signaling. If the balance of ions is upset, drastic outcomes are possible.

Normally the concentration of K + is higher inside the neuron than outside. After the repolarizing phase of the action potential, K + leakage channels and the Na + /K + pump ensure that the ions return to their original locations. Following a stroke or other ischemic event, extracellular K + levels are elevated. The astrocytes in the area are equipped to clear excess K + to aid the pump. But when the level is far out of balance, the effects can be irreversible.

Astrocytes can become reactive in cases such as these, which impairs their ability to maintain the local chemical environment. The glial cells enlarge and their processes swell. They lose their K + buffering ability and the function of the pump is affected, or even reversed. If a Na + gradient breaks down, this has a more important effect than interrupting the action potential. Glucose transport into cells is coupled with Na + co-transport. When that is lost, the cell cannot get the energy it needs. In the central nervous system, carbohydrate metabolism is the only means of producing ATP. Elsewhere in the body, cells rely on carbohydrates, lipids, or amino acids to power mitochondrial ATP production. But the CNS does not store lipids in adipocytes (fat cells) as an energy reserve. The lipids in the CNS are in the cell membranes of neurons and glial cells, notably as an integral component of myelin. Proteins in the CNS are crucial to neuronal function, in roles such as channels for electrical signaling or as part of the cytoskeleton. Those macromolecules are not used to power mitochondrial ATP production in neurons.

Interactieve link

Bezoek deze site om een ​​virtueel neurofysiologisch laboratorium te zien en om elektrofysiologische processen in het zenuwstelsel te observeren, waar wetenschappers rechtstreeks de elektrische signalen die door neuronen worden geproduceerd, meten. Vaak treden de actiepotentialen zo snel op dat het niet helpt om naar een scherm te kijken om ze te zien optreden. Een luidspreker wordt aangedreven door de signalen die zijn opgenomen van een neuron en het "knalt" elke keer dat het neuron een actiepotentiaal afvuurt. Deze actiepotentialen vuren zo snel dat het op de radio als statisch klinkt. Elektrofysiologen kunnen de patronen binnen die statische elektriciteit herkennen om te begrijpen wat er gebeurt. Waarom wordt het bloedzuigermodel gebruikt om de elektrische activiteit van neuronen te meten in plaats van mensen te gebruiken?


Phospholamban and its phosphorylated form require non-physiological transmembrane potentials to translocate ions

L. Becucci, M. Papini, R. Verardi, G. Veglia and R. Guidelli, Soft Matter, 2012, 8, 3881 DOI: 10.1039/C2SM07107J

Als u toestemming wilt vragen om materiaal uit dit artikel te reproduceren, gaat u naar de aanvraagpagina van het Copyright Clearance Center.

Als je bent een auteur die bijdraagt ​​aan een RSC-publicatie, u hoeft geen toestemming te vragen mits de juiste bevestiging wordt gegeven.

Als je bent de auteur van dit artikel, u hoeft geen toestemming te vragen om afbeeldingen en diagrammen te reproduceren mits de juiste bevestiging wordt gegeven. Als je het hele artikel wilt reproduceren in een publicatie van derden (met uitzondering van je scriptie/dissertatie waarvoor geen toestemming is vereist), ga dan naar de aanvraagpagina van het Copyright Clearance Center.


Referenties

Palczewski K, Kumasaka T, Hori T, Behnke CA, Motoshima H, Fox BA, Le Trong I, Teller DC, Okada T, Stenkamp RE, et al: Crystal structure of rhodopsin: a G protein-coupled receptor. Wetenschap. 2000, 289: 739-745. 10.1126/science.289.5480.739. First report of the crystal structure of a GPCR, confirming the 7TM topology and providing a starting point for the molecular modeling of other GPCRs.

Kolakowski LF: GCRDb: a G-protein-coupled receptor database. Receptors Channels. 1994, 2: 1-7. Describes a database (no longer online) dividing GPCRs into six families. Proposes the use of the term 'Family B' to describe secretin receptor-like GPCRs.

Bockaert J, Pin JP: Molecular tinkering of G protein-coupled receptors: an evolutionary success. EMBO J. 1999, 18: 1723-1729. 10.1093/emboj/18.7.1723. A review of the classification, structure and function of GPCRs. Proposes that the 7TM topology evolved independently in each GPCR family as the result of convergent evolution.

Josefsson LG: Evidence for kinship between diverse G-protein coupled receptors. Gen. 1999, 239: 333-340. 10.1016/S0378-1119(99)00392-3. Provides evidence for a common evolutionary origin for families of GPCRs that were previously considered to be unrelated and divides the GPCR families into one large clade and two smaller ones. The large clade includes GPCR families A, B, E and F together with an Arabidopsis thaliana receptor, the Frizzled family and vomeronasal pheromone receptors.

Graul RC, Sadée W: Evolutionary relationships among G protein-coupled receptors using a clustered database approach. AAPS PharmSci. 1997, 3: article 12-An analysis of distant evolutionary relationships, resulting in significant alignments between all of the major families of GPCRs. Published online, this study provides a reference database with hyperlinks to other sources.

Ishihara T, Nakamura S, Kaziro Y, Takahashi T, Takahashi K, Nagata S: Molecular cloning and expression of a cDNA encoding the secretin receptor. EMBO J. 1991, 10: 1635-1641. The first cloning of a family-B GPCR.

McKnight AJ, Gordon S: EGF-TM7: a novel subfamily of seven-transmembrane-region leukocyte cell-surface molecules. Immunol Today. 1996, 17: 283-287. 10.1016/0167-5699(96)80546-9. A review of the structural diversity and possible immunological functions of receptors in subfamily B2, here referred to as 'EGF-TM7' receptors.

Zendman AJ, Cornelissen IM, Weidle UH, Ruiter DJ, van Muijen GN: TM7XN1, a novel human EGF-TM7-like cDNA, detected with mRNA differential display using human melanoma cell lines with different metastatic potential. FEBS Lett. 1999, 446: 292-298. 10.1016/S0014-5793(99)00230-6. Describes the cloning of a new member of subfamily B2 encoded by the GPR56 gene. Proposes the term LN-TM7 to define a subfamily of GPCRs containing seven transmembrane domains with a long amino-terminal extracellular region.

Stacey M, Lin HH, Gordon S, McKnight AJ: LNB-TM7, a group of seven-transmembrane proteins related to family-B G-protein-coupled receptors. Trends Biochem Sci. 2000, 25: 284-289. 10.1016/S0968-0004(00)01583-8. A review of the structures and functions of receptors in subfamily B2, here referred to as 'LNB-TM7' receptors.

Baud V, Chissoe SL, Viegas-Pequignot E, Diriong S, N'Guyen VC, Roe BA, Lipinski M: EMR1, an unusual member in the family of hormone receptors with seven transmembrane segments. Genomics. 1995, 26: 334-344. 10.1016/0888-7543(95)80218-B. The cloning of a prototype member of subfamily B2.

Hamann J, Eichler W, Hamann D, Kerstens HM, Poddighe PJ, Hoovers JM, Hartmann E, Strauss M, van Lier RA: Expression cloning and chromosomal mapping of the leukocyte activation antigen CD97, a new seven-span transmembrane molecule of the secretion receptor superfamily with an unusual extracellular domain. J Immunol. 1995, 155: 1942-1950. The cloning of another prototype member of subfamily B2.

UCSC Human Genome Project Working Draft. Contains the up-to-date working draft of the human genome sequence., [http://genome.ucsc.edu/]

Lin YJ, Seroude L, Benzer S: Extended life-span and stress resistance in the Drosophila mutant methuselah. Wetenschap. 1998, 282: 943-946. 10.1126/science.282.5390.943. The first cloning of a GPCR from subfamily B3, using a genetic screen for mutations that extend lifespan.

Dautzenberg FM, Mevenkamp G, Wille S, Hauger RL: N-terminal splice variants of the type I PACAP receptor: isolation, characterization and ligand binding/selectivity determinants. J Neuroendocrinol. 1999, 11: 941-949. 10.1046/j.1365-2826.1999.00411.x. Splice variation within the amino-terminal extracellular domain of the PAC1 receptor influences ligand selectivity and affinity.

Pisegna JR, Moody TW, Wank SA: Differential signaling and immediate-early gene activation by four splice variants of the human pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide receptor (hPACAP-R). Ann NY Acad Sci. 1996, 805: 54-64. Alternative splicing of two exons encoding sequences within the third intracellular loop the human PAC1 receptor gene generates four splice variants that differ in their ability to activate phospholipase C.

Nabhan C, Xiong Y, Xie LY, Abou-Samra AB: The alternatively spliced type II corticotropin-releasing factor receptor, stably expressed in LLCPK-1 cells, is not well coupled to the G protein(s). Biochem Biophys Res Commun. 1995, 212: 1015-1021. 10.1006/bbrc.1995.2071. Alternative splicing in intracellular loop IC1 of the CRF1 receptor influences G-protein coupling.

Nussenzveig DR, Thaw CN, Gershengorn MC: Inhibition of inositol phosphate second messenger formation by intracellular loop one of a human calcitonin receptor. Expression and mutational analysis of synthetic receptor genes. J Biol Chem. 1994, 269: 28123-28129. Alternative splicing in intracellular loop IC1 of the calcitonin receptor influences G-protein coupling.

Schipani E, Langman CB, Parfitt AM, Jensen GS, Kikuchi S, Kooh SW, Cole WG, Juppner H: Constitutively activated receptors for parathyroid hormone and parathyroid hormone-related peptide in Jansen's metaphyseal chondrodysplasia. N Engl J Med. 1996, 335: 708-714. 10.1056/NEJM199609053351004. Jansen-type metaphyseal chondrodysplasia is caused by point mutations that lead to constitutive activation of the human PTH1 receptor.

Tseng CC, Lin L: A point mutation in the glucose-dependent insulinotropic peptide receptor confers constitutive activity. Biochem Biophys Res Commun. 1997, 232: 96-100. 10.1006/bbrc.1997.6231. Site-directed mutagenesis was used to generate a constitutively active GIP receptor.

Gaudin P, Maoret JJ, Couvineau A, Rouyer-Fessard C, Laburthe M: Constitutive activation of the human vasoactive intestinal peptide 1 receptor, a member of the new class II family of G protein-coupled receptors. J Biol Chem. 1998, 273: 4990-4996. 10.1074/jbc.273.9.4990. Use of site-directed mutagenesis to generate a constitutively active VPAC1 receptor.

Lewis K, Li C, Perrin MH, Blount A, Kunitake K, Donaldson C, Vaughan J, Reyes TM, Gulyas J, Fischer W, et al: Identification of urocortin III, an additional member of the corticotropin-releasing factor (CRF) family with high affinity for the CRF2 receptor. Proc Natl Acad Sci USA. 2001, 98: 7570-7575. 10.1073/pnas.121165198. Cloning of a cDNA encoding urocortin III, a novel endogenous ligand for the CRF2 receptor.

Usdin TB, Wang T, Hoare SR, Mezey E, Palkovits M: New members of the parathyroid hormone/parathyroid hormone receptor family: the parathyroid hormone 2 receptor and tuberoinfundibular peptide of 39 residues. Front Neuroendocrinol. 2000, 21: 349-383. 10.1006/frne.2000.0203. A review of the PTH2 receptor and its endogenous ligand, TIP39.

Hilairet S, Foord SM, Marshall FH, Bouvier M: Protein-protein interaction and not glycosylation determines the binding selectivity of heterodimers between the calcitonin receptor-like receptor and the receptor activity-modifying proteins. J Biol Chem. 2001, 276: 29575-29581. 10.1074/jbc.M102722200. Co-expression of the CALCRL gene with RAMP1 gives rise to a CGRP receptor RAMP2 and RAMP3 promote the formation of receptors responsive to adrenomedullin.

Christopoulos G, Perry KJ, Morfis M, Tilakaratne N, Gao Y, Fraser NJ, Main MJ, Foord SM, Sexton PM: Multiple amylin receptors arise from receptor activity-modifying protein interaction with the calcitonin receptor gene product. Mol Pharmacol. 1999, 56: 235-242. Co-expression of the CALCR gene with RAMP1 or RAMP3 gives rise to amylin receptors RAMP2 promotes the formation of calcitonin receptors.

Brody T, Cravchik A: Drosophila melanogaster G protein-coupled receptors. J Cell Biol. 2000, 150: F83-F88. 10.1083/jcb.150.2.F83. A review based on an analysis of the sequenced Drosophila genoom.

Hamann J, Vogel B, van Schijndel GM, van Lier RA: The seven-span transmembrane receptor CD97 has a cellular ligand (CD55, DAF). J Exp Med. 1996, 184: 1185-1189. Identification of the only known ligand for a receptor in subfamily B2.

Stacey M, Lin HH, Hilyard KL, Gordon S, McKnight AJ: Human epidermal growth factor (EGF) module-containing mucin-like hormone receptor 3 is a new member of the EGF-TM7 family that recognizes a ligand on human macrophages and activated neutrophils. J Biol Chem. 2001, 276: 18863-18870. 10.1074/jbc.M101147200. Cloning of EMR3 and evidence that it has an endogenous ligand.

Gao FB, Kohwi M, Brenman JE, Jan LY, Jan YN: Control of dendritic field formation in Drosophila: the roles of flamingo and competition between homologous neurons. neuron. 2000, 28: 91-101. The formation of normal dendritic fields in the peripheral nervous system of Drosophila requires the proper expression level of Flamingo.

Otto C, Kovalchuk Y, Wolfer DP, Gass P, Martin M, Zuschratter W, Grone HJ, Kellendonk C, Tronche F, Maldonado R, et al: Impairment of mossy fiber long-term potentiation and associative learning in pituitary adenylate cyclase activating polypeptide type I receptor-deficient mice. J Neurosci. 2001, 21: 5520-5527. Mice harboring either a complete or a forebrain-specific inactivation of the PAC1 receptor show a deficit in contextual fear conditioning, a hippocampus-dependent associative learning paradigm, accompanied by an impairment of mossy fiber long-term potentiation.

Otto C, Martin M, Paul Wolfer D, Lipp H, Maldonado R, Schutz G: Altered emotional behavior in PACAP-type-I-receptor-deficient mice. Brain Res Mol Brain Res. 2001, 92: 78-84. 10.1016/S0169-328X(01)00153-X. Mice with a ubiquitous but not with a forebrain-specific deletion of the PAC1 receptor exhibit elevated locomotor activity and strongly reduced anxiety-like behavior.

Hannibal J, Jamen F, Nielsen HS, Journot L, Brabet P, Fahrenkrug J: Dissociation between light-induced phase shift of the circadian rhythm and clock gene expression in mice lacking the pituitary adenylate cyclase activating polypeptide type 1 receptor. J Neurosci. 2001, 21: 4883-4890. PACAP is released together with glutamate from retinal neurons that control the circadian clock located in the suprachiasmatic nucleus. Mice lacking the PAC1 receptor show abnormalities in the phase-shifting of the clock by light.

Jongsma H, Pettersson LM, Zhang Y, Reimer MK, Kanje M, Waldenstrom A, Sundler F, Danielsen N: Markedly reduced chronic nociceptive response in mice lacking the PAC1 receptor. Neuroreport. 2001, 12: 2215-2219. 10.1097/00001756-200107200-00034. PAC1 receptor null mice have reduced sensitivity to pain induced by chemical, but not mechanical or thermal stimuli.

Jamen F, Persson K, Bertrand G, Rodriguez-Henche N, Puech R, Bockaert J, Ahren B, Brabet P: PAC1 receptor-deficient mice display impaired insulinotropic response to glucose and reduced glucose tolerance. J Clin Invest. 2000, 105: 1307-1315. PAC1 receptor null mice have reduced insulin secretory responses to PACAP and to glucose, suggesting a physiological role for the PAC1 receptor in glucose homeostasis.

Wysolmerski JJ, Cormier S, Philbrick WM, Dann P, Zhang JP, Roume J, Delezoide AL, Silve C: Absence of functional type 1 parathyroid hormone (PTH)/PTH-related protein receptors in humans is associated with abnormal breast development and tooth impaction. J Clin Endocrinol Metab. 2001, 86: 1788-1794. This paper shows that loss-of-function mutations of the in the human PTH1 receptor gene, leading to a rare, lethal form of dwarfism known as Blomstrand chondrodysplasia, are associated with severe abnormalities in tooth and breast development.

He B, Deckelbaum RA, Miao D, Lipman ML, Pollak M, Goltzman D, Karaplis AC: Tissue-specific targeting of the pthrp gene: the generation of mice with floxed alleles. Endocrinology. 2001, 142: 2070-2077. Reports the generation of mice homozygous for a floxed Pthrp allele, with the aim of accomplishing cell-type-specific and tissue-specific deletion of the gene.

Macfarlane SR, Seatter MJ, Kanke T, Hunter GD, Plevin R: Proteinase-activated receptors. Pharmacol Rev. 2001, 53: 245-282. A review of proteinase-activated receptors, a group of family-A GPCRs in which receptor activation is accomplished by cleavage of the amino terminus of the receptor by a protease, resulting in the generation of a tethered ligand that interacts with the receptor. Some receptors in subfamily B2 may function in a similar way.

UK Human Genome Mapping Project Resource Centre. Website of a body funded by the UK Medical Research Council to provide a bioinformatics and biological service to the UK academic community working on the Human Genome Program and to carry out research in its own right., [http://www.hgmp.mrc.ac.uk]

GPCRs - GRAPmutant databases. A database of mutants and of the effects of site-directed mutagenesis experiments on G-protein coupled receptors., [http://tGRAP.uit.no/]

Schultz J, Copley RR, Doerks T, Ponting CP, Bork P: SMART: a web-based tool for the study of genetically mobile domains. Nucleïnezuren Res. 2000, 28: 231-234. 10.1093/nar/28.1.231. See [40].

SMART: simple modular architecture research tool. A web-based tool that can be used for the analysis of the domain architectures of proteins., [http://smart.embl-heidelberg.de]

Drucker D, Bataille D, Göke B, Mayo K, Miller L, Thorens B: Glucagon receptor family. In The IUPHAR Compendium of Receptor Characterization and Classification, 2nd edition. London, UK: IUPHAR Media,. 2000, A recent review of the physiology and pharmacology of receptors for glucagon, GLP-1, GLP-2, GIP, secretin and GHRH.

Shen S, Spratt C, Sheward WJ, Kallo I, West K, Morrison CF, Coen CW, Marston HM, Harmar AJ: Overexpression of the human VPAC2 receptor in the suprachiasmatic nucleus alters the circadian phenotype of mice. Proc Natl Acad Sci USA. 2000, 97: 11575-11580. 10.1073/pnas.97.21.11575. A study implicating the VPAC2 receptor in the control of circadian rhythms.

Dunbar ME, Dann PR, Robinson GW, Hennighausen L, Zhang JP, Wysolmerski JJ: Parathyroid hormone-related protein signaling is necessary for sexual dimorphism during embryonic mammary development. Development. 1999, 126: 3485-3493. Shows that sexual dimorphism in the development of the embryonic mammary bud is dependent upon the expression of the PTH1 receptor and its ligand parathyroid hormone-related protein (PTHrP).

Wysolmerski JJ, Philbrick WM, Dunbar ME, Lanske B, Kronenberg H, Broadus AE: Rescue of the parathyroid hormone-related protein knockout mouse demonstrates that parathyroid hormone-related protein is essential for mammary gland development. Development. 1998, 125: 1285-1294. PTHrP-knockout mice die neonatally because of abnormal bone development. On rescue of this phenotype by transgenic expression of PTHrP targeted to chondrocytes, a further defect is seen later in development, namely a lack of mammary epithelial ducts.

HUGO Gene Nomenclature Committee. A searchable database of human genes, giving official names approved by the Human Genome Organisation (HUGO)., [http://www.gene.ucl.ac.uk/nomenclature/]

Celera publication site. Provides public access to Celera sequence data on the human and Drosophila genomes., [http://public.celera.com/]

WormBase. A repository of mapping, sequencing and phenotypic information about the nematode C. elegans and some closely related nematodes., [http://www.wormbase.org/]

AllAll: related peptide sequence. Starting from a set of related peptides, the AllAll program determines the relationship of each peptide sequence with each of the others and uses these results to create phylogenetic trees and multiple alignments and to make other comparisons., [http://cbrg.inf.ethz.ch/Server/AllAll.html]

Thompson JD, Higgins DG, Gibson TJ: CLUSTAL W: improving the sensitivity of progressive multiple sequence alignment through sequence weighting, position-specific gap penalties and weight matrix choice. Nucleïnezuren Res. 1994, 22: 4673-4680. A commonly used method for the alignment of multiple protein sequences.


Bekijk de video: Membranpotential einfach erklärt! (December 2021).