MFOS

Molekularna fiziologija organskih sistema

2012 prof Jelena Đorđevid skripta

2

Sadržaj Ćelijska membrana, uloga proteina, vrste trasporta kroz membranu .......................................................... 5

Transport kroz membranu ........................................................................................................................ 9

Aktivni transport materija posredstvom membranskih proteina ........................................................... 12

Kotransporteri ..................................................................................................................................... 15

Membranski izmenjivači, antiporteri .................................................................................................. 17

Jonski kanali ................................................................................................................................................ 17

1) Koneksoni ............................................................................................................................................ 20

2) Voltažno zavisni jonski kanali .............................................................................................................. 21

3) kanali za Ca2+ ....................................................................................................................................... 23

4) kanali za K+ .......................................................................................................................................... 25

Grupa kanala koja se aktivira agonistima: .......................................................................................... 29

Signalna transdukcija .................................................................................................................................. 30

Mehanizmi komunikacije između delija .................................................................................................. 31

Signalni molekuli ..................................................................................................................................... 31

Klase receptora ....................................................................................................................................... 32

Ligandi za receptore ................................................................................................................................ 32

Signalni događaj ...................................................................................................................................... 33

Membranske guanil ciklaze ..................................................................................................................... 38

Membranske Ser/Thr kinaze ................................................................................................................... 39

Membranske tirozin kinaze ..................................................................................................................... 39

Receptori spregnuti sa G proteinom ....................................................................................................... 43

Signalizacija preko inozitol-3-fosfata i diacil-glicerola ............................................................................ 53

Signalni put preko eikozanoida ............................................................................................................... 55

Jonotropni receptori ili ligand zavisni jonski kanali ................................................................................ 57

Sinaptička transmisija ................................................................................................................................. 58

Holinergička sinapsa ............................................................................................................................... 62

Bolesti vezane za holenergičku sinapsu .................................................................................................. 63

Farmakologija monoaminergičke sinapse .............................................................................................. 64

Receptor za acetilholin ............................................................................................................................ 66

Nikotinski receptor.................................................................................................................................. 67

3

Receptori za glutamat ............................................................................................................................. 68

Receptori za GABA .................................................................................................................................. 70

Transdukcija senzornih signala ................................................................................................................... 71

Mikrookruženje neurona ........................................................................................................................ 71

Cerebrospinalna tečnost ......................................................................................................................... 72

Transport i stvaranje CST ........................................................................................................................ 73

Transdukcija olfaktornih signala ............................................................................................................. 78

Transdukcija tastatornih signala ............................................................................................................. 80

Detekcija gorkog i slatkog ukusa ......................................................................................................... 81

Detekcija umami, kiselog i slanog ukusa ............................................................................................. 81

Periferni hemoreceptori, karotidna telašca ............................................................................................ 82

Nociceptori .............................................................................................................................................. 83

Fotoreceptori .......................................................................................................................................... 84

Vlataste delije .......................................................................................................................................... 88

Hormoni koji utiču na ishranu ..................................................................................................................... 90

Insulin ...................................................................................................................................................... 90

Glukagon ................................................................................................................................................. 92

LEPTIN – regulator apetita ...................................................................................................................... 93

Adiponektin ............................................................................................................................................. 94

GRELIN ..................................................................................................................................................... 94

Molekularni mehanizmi lučenja sekreta digestivnog trakta ....................................................................... 96

Sekrecija pankreasnog soka .................................................................................................................... 99

Sekrecija pljuvačnog soka ..................................................................................................................... 105

Sekrecija želudačnog soka .................................................................................................................... 106

Molekularni mehanizmi sekrecije žuči .................................................................................................. 109

Molekularni mehanizmi regulacije krvnog pritiska ................................................................................... 114

Vazokonstriktori .................................................................................................................................... 118

Vazodilatatori ........................................................................................................................................ 121

Antihipertenzivi ..................................................................................................................................... 124

Antagonisti kateholaminskih receptora ............................................................................................ 125

Blokatori kanala za Ca2+..................................................................................................................... 126

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

(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

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

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

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

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 Ca

2+ 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 Ca

2+ 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 Ca

2+)

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 Ca

2+-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

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

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

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

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 Ca2 +

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 Ca2 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

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

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

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 Ca

2+ 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

Druga grupa su kanali za K+ koje aktivira Ca

2+ 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+, Ca

2+ 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 Mg

2+ 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 Mg

2+ 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

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

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

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.

31

Osim tih hemijskih signala, reagujemo i na ne-hemijske signale. U pitanju su toplotni

signali, mehaniĉki signali (npr. aktiviraju Paĉinijeva telašca ili Merkelove diskove ili aktiviraju

vlataste ćelije unutrašnjeg uha i omogućavaju nam da ĉujemo) i svetlosni signali. Ovi ne-

hemijski signali se pretvaraju u hemijski signal, odnosno u akcioni potencijal.

Šta god da je signalni molekul, on dolazi do membrane, na membrani aktivira neki svoj

receptor, to pokreće kaskadu signalnih dešavanja u ćeliji i dovodi do odgovora te ćelije. Znamo

da signalni molekuli ne moraju da se zaustave na membrani, već ako su lipofilni mogu da uĊu u

ćeliju i da pokrenu odgovor ćelije vezujući se za svoje unutarćelijske receptore.

Mehanizmi komunikacije izmeĊu ćelija

1. Pukotinaste veze, veze preko kojih susedne ćelije direktno komuniciraju. Koneksoni, polukanali

izmeĊu dve susedne ćelije, formiraju pukotinu koja propušta molekule ispod 1200 Da, akcione

potencijale.

2. Endokrini vid komunikacije. Bilo da je reĉ o ćeliji nekog endokrinog organa, bilo da je u

pitanju ćelija nekog ne-endokrinog organa (sada pita koji to ne-endokrini organi mogu da

stvaraju hormone. Odgovori: masno tkivo – leptin, srce – ANP, BNP, crevo – sekretin).

3. Parakrini vid. Primer: parijetalne ćelije koje stvaraju HCl.

Susedna ćelija luĉi signal (u ovom sluĉaju histamin) koji deluje na susednu ćeliju (oksintiĉnu

ćeliju) i preko signalne kaskade dolazi do aktivacije K/H pumpe.

4. Nervni način. Acetilholin luĉi postganglijsko vlakno parasimpatiĉkog nervnog sistema koji se

takoĊe vezuje za oksintiĉne ćelije. * I Gastrin se vezuje za svoj receptor na oksintiĉnoj ćeliji.

Gastrin ne stvara klasiĉna endokrina ţlezda , stvara ga G ćelija antruma (tu za gastrin opet daje

primer da se luĉi signal od strane ćelija koje ne ulaze u sastav endokrinog organa).

5. Autokrini pristup. Pr. NA koji sam sebe reguliše. Ĉim se izluĉi iz ćelije on se vezuje sa svoje

receptore α2 na istoj celiji i inhibira sopstveno izluĉivanje.

Signalni molekuli

1. Amini – kateholamini (adrenalin, noradrenalin);

2. Peptidni hormoni – insulin;

32

3. Steroidni hormoni (gluko-, mineralokortikoidi…);

4. Mali molekuli (nukleotidi, AK, adenozin, ATP, gasovi – NO, CO, joni).

Svi ovi signalni molekuli se vezuju za svoje receptore. Neki receptori ne traţe ćelijsku

mašineriju -ukoliko je u pitanju jonotropni receptor koji je istovremeno kanal. On momentalno

menja svoja svojstva i poĉinje da propušta neki jon. Svi ostali receptori zahtevaju angaţovanje

ćelijske mašinerije, odnosno razliĉitih enzima, transkripcionih faktora, jonskih kanala itd.

Klase receptora

1. Jonski kanali;

2. Receptori spregnuti sa proteinom G;

3. Receptori koji imaju enzimsku aktivnost (njihovi citoplazmatski domeni imaju enzimsku

aktivnost) ili receptori koji su spregnuti sa enzimima (sami nemaju enzimsku aktivnost);

4. Unutarćelijski receptori;

5. Transmembranski proteini koji oslobaĊaju transkripcione faktore.

1. Jonski kanali su homomeri, heteromeri, oligomeri;

2. Receptori spregnuti sa proteinom G su jednolanĉani koji 7 puta prolaze kroz ćelijsku membranu;

3. Uglavnom jednolanĉani sa jednim transmembranskim domenom, pa onda mogu da dimerizuju;

4. Homodimeri ili heterodimeri sa razliĉitim funkcionalnim domenima;

5. Proteini membrane.

Ligandi za receptore

1. Jonski kanali: Vanćelijski: GABA, glicin, acetilholin, serotonin, glutamat, ATP;

Unutarćelijski: cGMP, cAMP, cGTP, ATP, IP3, Ca2+, Ryanodin.

2. Receptori spregnuti sa G proteinom: Kateholamini, holecistokinin, odoranti, oksicotin, neki

tastanti, parathormon, citokinini;

33

3. Receptori sa enz.aktivnošću: ANP, NGF (faktor rasta nerava), EGF (epidermalni faktor rasta),

PDGF (faktor rasta poreklo iz trombocita), FGF (faktor rasta fibroblasta), INSULIN, IL-3,-5,-6,

EPO (eritropoetin), LIF (faktor inhibicije leukemije), CNTF (cilijarni neutrofiĉki faktor), GH

(growth factor), IFN, CD45;

4. Unutarćel.: Mineralokortikoidi, glukokortikoidi, androgeni, estrogeni, vitamin D, prostaglandini,

tireoidni hormoni, retinoinska kiselina;

5. Transmembranski: JAGGED, DELTA-LIKED

Acetilholin je primer liganda koji moţe da se veţe za dve razliĉite grupe receptora (za

muskarinske receptore spregnute sa proteinom G i za jonske kanale).

Signalni dogaĊaj

Podrazumeva da 1. receptor prepozna odreĊeni signal, odnosno ligand. Vezuju se slabim jonskim

vezama, van der Waalsovim ili hidrofobnim interakcijama. To dovodi do konformacionih

promena receptora; ta konformaciona promena moţe dovesti do toga da receptor reaguje sa

unutarćelijskim ili membranskim proteinima ili da stekne enzimsku aktivnost. 2. Sledeći korak je

transdukcija signala, odnosno stvaranje sekundarnih glasnika koji ćeliji dalje prenose poruku i 3.

aktiviraju efektore koji mogu biti jonski kanali, enzimi i transkripcioni faktori. Sekundarni

glasnici mogu i da 4. modulišu efektore; mogu da aktiviraju protein kinaze, fosfataze. 5. Na

kraju, ćelija odgovara na razliĉite signalne puteve (jedna ćelija u sebi ima gomilu signalnih

puteva i bilo koji odgovor ćelije podrazumeva interakciju svih tih signalnih puteva). 6. Kraj

odgovora ćelije vrlo ĉesto zahteva povratne sprege; mora biti precizno regulisan i to se reguliše

preko sekundarnog glasnika. Njegovo stvaranje, aktivacija, inaktivacija (NAROCITO

INAKTIVACIJA) moraju biti precizno regulisani da bi se završio odgovor i da ćelija ne bi bila

prekomerno aktivirana.

Sekundarni glasnici omogućavaju amplifikaciju signala pa najĉešće jedan ligand dovodi

do stvaranja nekoliko stotina molekula sekundarnih glasnika što aktivira nekoliko hiljada

narednih molekula u kaskadi. Primer: cAMP-a, odnosno adenilat-ciklaza. Koncentracija cAMP-a

34

povećava se 5x za samo 5 s. Izuzetno brza aktivacija, ali i inaktivacija, zahvaljujući cAMP-

fosfodiesterazi.

Signalni dogaĊaj odlikuju i specifičnost i diverzitet. Primer: adrenalin i glukagon se

vezuju za dva potpuno razliĉita receptora, a putem cAMP-a aktiviraju istu signalnu kaskadu,

dovodeći do glikogenolize u ćeliji. S druge strane, adrenalin ostvaruje razliĉite efekte u razliĉitim

ćelijama i tkivima. Ubrzava rad srca, širi krvne sudove mišića, a suţava one u digestivnom

traktu, širi bronhije i zenice. Zahvaljujući ovim raznolikim funkcijama, omogućava organizmu

integrisan odgovor, ĉuvajući homeostazu. S druge strane, kada govorimo o kompleksnim

procesima poput proliferacije i diferencijeacije, oni zahtevaju interakciju velikog broja signalnih

puteva u ćeliji.

Signalna transdukcija moţe imati genomske i negenomske efekte. Negenomski su oni

kada se ceo proces završava u citoplazmi, dok genomski podrazumevaju izmenjenu ekspresiju

gena, kao krajnji rezultat signalne kaskade.

Receptori koji oslobađaju transkripcione faktore su integralni membranski proteini,

koji odstupaju od klasiĉne definicije receptora zbog specifiĉnosti interakcije koju ostvaruju sa

ligandom. Ovu klasu receptora aktiviraju ligandi koji se nalaze na drugim ćelijama. Kljuĉni su za

mnoge procese: metabolizam masti, ćelijsku diferencijaciju i podleţu procesu koji se naziva

regulisana intramembranska proteoliza (RIP). Dakle, signalni put podrazumeva proteolitiĉko

isecanje proteina membrane, oslobaĊanja fragmenta u citosol i njegov prelazak u nukleus, gde će

ostvariti genomske efekte. U ovu grupu transmembranskih proteina spadaju: SREBP, Notch,

Irel, ATF6, APP.

SREBP (protein koji se vezuje za sterol-regulatorne elemente) nalazi se na membrani

endoplazmatiĉnog retikuluma, kroz koju prolazi dva puta, pri ĉemu su NH2 i COOH kraj

okrenuti ka citosol. Ima i malu petlju koja se nalazi u lumenu endoplazmatiĉnog retikuluma. Na

NH2 kraju smešten je transkripcioni faktor, koji prolazi kroz membranu i vezan je petljom od 30

AK za regulatorni kraj molekula, koji je na membrani vezan za drugi signalni molekul, SCAP

(protein koj aktivira isecanje SREBP-a). SCAP nekoliko puta prolazi kroz ćelijsku membranu,

karboksilnim krajem vezan je za SREBP, a amino krajem za INSIG.

35

Vezu ostverenu preko amino krajeva izmeĊu SCAP-a i INSIG-a uĉvršćuje holesterol.

Kada holesterola ima dovoljno u ćeliji, tada je ceo proteinski kompleks vezan u membrani

endoplazmatiĉnog retikuluma. U suprotnom sluĉaju, dešavaju se konformacione promene SCAP-

a, koje rezultiraju njegovim odvajanjem od INSIG-a i, poslediĉno, ceo kompleks završava u

Goldţi aparatu. Tu podleţu isecanju, na prvom mestu proteazom S1P, koja kida petlju od 30 AK

sa luminalne strane, a zatim S2P proteaza iseca transmembranski segment transkripcionog

faktora. Time on biva osloboĊen, a dalje se upućuje u jedro gde se vezuje za SRE elemente, koji

se nalaze na promotorima gena za enzime ukljuĉene u biosintezu holesterola. To je put kojim

holesterol reguliše sopstvenu sintezu.

Notch transmembranski protein prvi put je opisan kod mutanta D. melanogaster sa

iskrzanim krilima ( notch eng. recka), po ĉemu je i dobio naziv. Do danas su pronaĊena ĉetiri:

Notch1, Notch2, Notch3, Notch4. Najveće su razlike meĊu njima u ekstraćelijskom delu. U

pitanju su, dakle, transmembranski proteini koji jednom prolaze kroz membranu i ĉiji je NH2 kraj

okrenut ekstraćelijski. Poseduju veliki broj domena, od kojih je najbitnije zapamtiti ekstraćelijski

NECD i intraćelijski NICD, koji se sastoji od kratkog ekstraćelijskog dela, transmembranskog i

unutarćelijskog segmenta. Razlike meĊu ĉetiri forme Notch proteina odnose se na broj EGF-like

ponovaka, koji se nalaze na ekstraćelijskom domenu. Ponovci se sastoje od oko 40 AK i 3

disulfidna mosta, modifikovana dodavanjem O-glukoze ili O-fukoze na Cys.

Signalni put proteina Notch naroĉito je vaţan tokom procesa, koji se odigravaju za vreme

embrionalnog razvića pa tako utiĉe na: razvoj i funkciju neurona, angiogenezu, formiranje

zalistaka ĉime utiĉe na komunikaciju ćelija endokardijuma i kardiocita, kod adulta na funkciju

srĉanih zalistaka, determiniše razvoj ćelija endokrinog i egzokrinog pankreasa, kao i sekretornih

i apsorptivnih ćelija creva, formiranje kostiju, stvaranje T-limfocita, diferencijaciju ćelija

mleĉnih ţlezda. Ligandi ovog receptora pripadaju DSL familiji: DELTA-like (DELTA Dros.),

JAGGED (SERRATE Dros.), F3/contactin. Notch se aktivira kontaktom dve ćelije, jedne koja

eksprimira sam Notch, i druge koja eksprimira njegov ligand, pri ĉemu dolazi do aktivacije

metaloproteinaze iz familije ADAM – TACE ( TNFα converting enzyme), koja dovodi do

isecanja NECD zajedno sa JAGGED. Iseĉeni deo se endocitotski internalizuje od strane ćelije

koja je eksprimirala ligand. Zašto se to dešava, još uvek nije ustanovljeno. Na scenu potom stupa

enzimski kompleks – γ-sekretaza, koja seĉenjem u transmembranskom segmentu oslobaĊa

36

unutarćelijski deo. OsloboĊeni NICD odlazi u jedro gde se vezuje za proteine CSL, koji se

vezuju za DNK i pokreću ekspresiju ciljnih gena. Notch se eksprimira i na nervnim ćelijama

uĉestvujući u procesima njihovog razvoja i plastiĉnosti nervnog sistema. MeĊutim, kompleks γ

–sekretaze dovodi do isecanja još jednog transmembranskog proteina na neuronima, APP-a.

Ovaj enzimski kompleks sastoji se od ĉetiri proteina: PS-1 (presenilin-1), Nct (nicastrin),

APH-1 (anterior pharynx-defective-1), PEN-2 (presenilin enhancer-2). APP je

transmembranski protein koji takoĊe oslobaĊa transkripcione faktore i na njega prvo deluje

enzim β-sekretaza, isecajući ekstraćelijski domen. Potom se aktivira γ-sekretaza, koja oslobaĊa

citoplazmatiĉni fragment APP-a i amiloida β. Citoplazmatiĉni APP fragment utiĉe na ekspresiju

gena, dok amiloid β ostaje u membrani. MeĊutim, u sluĉaju mutacije u genu koji kodira za

presenilin-1, ceo enzimski kompleks ĉiji je PS-1 sastavni deo povećava aktivnost, što dovodi do

nagomilavanja amiloidnih plakova i fibrila u membranama neurona, a to je proces ukljuĉen u

patogenezu Alchajmerove bolesti. Sem toga, γ-sekretaza je ukljuĉena i u funkcionisanje kanala

za Ca2+

na endoplazmatiĉnom retikulumu, pa njena mutirana forma i na taj naĉin doprinosi

patogenezi prethodno pomenute bolesti.

Unutarćelijski receptori locirani su u citoplazmi i kada veţu ligand, postaju

transkripcioni faktori. Njihovi ligandi su mali, lipofilni molekuli poput steroidnih hormona, koji

mogu da proĊu ćelijsku membranu, te stoga ne zahtevaju prisustvo receptora na njoj. U pitanju

su, dakle, receptori za: glukokortikoide, mineralokortikoide, polne hormone, tiroidne

hormone, vitamin D, prostaglandine, retinoinsku kiselinu, ali i grupa receptora siroĉića ĉiji

ligandi još uvek nisu okarakterisani ( eng. orphan receptors). Ligandi ovih receptora ulaze u

ćeliju putem difuzije ili, kao što je to sluĉaj sa tiroidnim hormonima, pomoću specifiĉnih nosaĉa,

i vezuju se za receptore koje kodira velika familija gena sa preko 32 ĉlana. Receptori su

organizovani u vidu homodimera ( npr. receptori za glukokortikoide i mineralokortikoide) ili

heterodimera ( npr. receptor za tiroidni hormon dimerizuje sa retinoidom X) i mogu se naći u

citoplazmi (glukokortikoidni receptor) ili jedru (estrogenski receptor), pri ĉemu je receptor za

retinoinsku kiselinu stalno vezan za DNK.

Receptori se nalaze u citoplazmi kao što je sluĉaj sa glukokortikoidnim receptorima,

nalaze se u jedru kao što je sluĉaj sa estrogenima ili su vezani za DNK kao što je sluĉaj sa

“retinoaminskom kiselinom” (ako sam dobro ĉuo). Svi se sastoje od 6 razliĉitih domena. Ovde je

37

data homologija izmeĊu nekih domena, ovaj u sredini je glukokortikoidni receptor i sve ovo je

homologija razliĉitih domena u poreĊenju sa glukokortikoidnim receptorom. Pa da krenemo od

amino kraja, tu se nalaze prva dva AB domena koji su najrazliĉitiji medju receptorima,

homologija je uvek manja od 7% izmedju razliĉitih receptora i u okviru ovog AB domena nalazi

se prvi transaktivacioni domen receptora. Sledeći, zeleni je C domen, najsliĉniji meĊu razliĉitim

receptorima. To je DNK vezujući domen, domen koji poseduje cinkane prste i koji je ukljuĉen u

dimerizaciju receptora. Sledeći svetlo roze je domen koji je neophodan da receptor uĊe u jedro,

tzv. nuklearni lokalizacioni domen. Ĉetvrti je hormon vezujući domen E domen, takoĊe je vaţan

za dimerizaciju i on poseduje drugi transaktivacioni domen. Šesti domen je mali domen koji se

nalazi na karboksilnom kraju i ĉija je uloga nepoznata, on se nalazi na ? (nekom receptoru).

Kako funkcionišu unutraćelijski receptori, da ponovimo… u pitanju su mali hormoni,

male molekulske mase, lipofilni koji mogu da proĊu ćelijsku membranu i koji se vezuju za svoje

unutarćelijske receptore. Inatktivni receptor za koga nije vezan formon je vezan sa kompleksom

proteina citoplazme. Proteini tog kompleksa se menjaju, zna se da ucestvuju hit šok (hsp90) i

hsp70, p23, fhpp51 (?) itd. Hit šok 90 povećava afinitet receptora prema hormonu, kad se

hormon veţe za ovaj kompleks receptor disosuje od proteinskog kompleksa, meĊutim pre 2

godine je pronaĊeno da hsp nalazi i u jedru, pa se postavlja pitanje da li dolazi do njegovog

izdvajanja, da li moţda dolazi u jedru do njihovog ponovnog spajanja ili je to neki drugi hsp90

protein.

Šta se dešava kad se glukokortikoidni receptor ubaci u jedro? Dolazi do njihove

dimerizacije, a da bi do toga došlo neophodno je da hormon i dalje bude vezan za receptor što

nije sluĉaj sa recimo tiroidnim hormonom. I ovakav dimer, znaĉi dva receptora sa vezanim

hormonima se vezuje za specifiĉne sekvence na promotoru gena koji se nazivaju gre (nesto

glucocortioid responsive element). Znaĉi elementi koji odgovaraju na glukokortikoide. Unutar

DNK vezujućeg domena nalaze se cinkani prsti o tome siguno znate – cinkane prste formira cink

koji vezuje za 4 cisteina, dva alfa heliksa i dve beta ploĉe, i ovi cinkani prsti uspostavljaju

kontekt sa DNK molekulom i interaguju sa bazama preko specifiĉne sekvence koja se naziva P

boks, u pitanju su 6 amino kiselina koje se nalaze na karboksilnom kraju cinkanih prstiju. P boks

sada vezuje za malopre pomenute GRE sekvence, dakle dve sekvence, dva polumesta vezivanja

od 6 baznih parova koji su meĊusobno odvojeni sa 3 bazna para. Šta je jos neophodno da bi se

38

aktivirala transkripcija? Neophodnu su transaktivacioni domeni A, B i D takoĊe regrutuju i

proteine koaktivatore (nerazumljivo koje) koji sada praktiĉno aktiviraju preinicijacionu

translacionu mašineriju. Za nas je bitno da znamo da postoje unutraćelijski receptori a

transkripcija je posle druga priĉa.

Koja je razlika izmeĊu mehanizma delovanja tiroidnih hormona i glukokortikoidnih

hormona? Tiroidni hormoni ulaze ili putem difuzije ili putem transportera i oni se vezuju za

receptor pre ili posle dimerizacije i to je razlika u odnosu na glukokortikoide i takoĊe razlika da

se ne formiraju homodimeri nego heterodimeri zajedno sa … ne ĉuje se kojom kiselinom… i taj

heterodimes se vezuje za TRE (tiroid responsive element) sekvence , elementi koji odgovaraju na

tiroidne hormone. TRE – u pitanju su 6 bazna para odvojena sa 4 bazna para, i ono što je

drugaĉije to je da N kraj receptora aktivira proteine iz preinicijalne transkripcione mašinerije kao

što je na primer Tr2F, Tr2D. Ti proteini mogu biti i aktvatori i represori, najĉešće su represori

kad za sebe nemaju vezane hormone, a dešava se da tiroidni hormon moţe biti u kompeticiji sa

drugim translationim faktorima, na primer sa estrogenim hormonima.

Sledeća kategorija su receptori sa enzimskom aktivnošću

U pitanju je 5 grupa receptora, prva grupa su membranske guanil ciklaze koje katalizuje

stvaranje cGMPa, zatim membranske serin-treonin kinaze koje fosforilišu serin odnosno treonin

ostatke proteina ćelije ili sopstvene. Zatim membranske tirozin kinaze koje fosforilišu sopstvene

odnosno tirozinske ostatke proteina citosola. Receptori koji interaguju sa tirozin kinazama

citosola i na kraju membranske tirozin fosfataze koje vrse isecanje fosfatnih grupa sa proteina

celije.

Membranske guanil ciklaze

Amp i bmp su proteini koji se vezuju za membranske guanil ciklaze, u pitanju su svi ovi

proteini, svi ovi proteini su samo jedan transmembranski segmen u pitanju je protein koji samo

jedan put prolazi kroz celijsku membranu, dakle kada se amp ili bmp veţe sa svoj vanćelijski

domen, vezivanje ovag peptida dovodi do dimerizacije receptora i ovakav receptor sada stiĉe

guanil ciklaznu aktivnost odnosno mogućnost konverzije, pretvaranje ? tela u sekundarani

glasnik cGMP.

39

Osim membraske guanil ciklaze, da napravimo malu digresiju, guanil ciklaza moţe se

nalaziti i u citosolu i predstavlja receptor za azot monoksid. Kako nastaje azot monoksid ukratko,

objasnićemo na primeru kako acetil holin i bradikinin ostvarjuju vazodilataciju. Acetil holin i

bradikinin se vezuju za endotelne ćelije krvnih sudova i veza hormon receptor dovodi do

oslobadjanja kalcijuma, on se vezuje za kalmodulin, i kalmodulin sa kalcijumom aktivira

endotelnu azot oksid sintetazu, ona dovodi do stvaranja azot oksida koji prelazi u susednu ćeliju,

i ovaj azot okid se vezuje za solubilnu guanil ciklazu. To dovodi do pretvaranja GTPa u cGMP,

aktivacije protein kinaze G na primer aktivira SERCA i SERCA ubacuje kalcijum što dovodi do

vazodilatacije, i tako azot oksid uspostavlja vazodiletaciju. Drugi molekul na koji deluje protein

kinaza G je kinaza lakog lanca miozina, ona fosforiliše i na taj naĉin je inaktivira, dakle ne moţe

da fosforiliše laki lanac miozina i ne moţe da dovede do preklapanja aktina i miozina.

Membranske Ser/Thr kinaze

Primer za ovaj recetor je faktor transformacije rasta beta (TGFbeta). Dakle, ovaj receptor

ĉine 2 tipa receptora, Tip1 i Tip2. Tip2 receptor vezuje ligand, a ligand moţe biti TGFbeta, moţe

biti Antimilerov hormon (AMH)-ovaj hormon omogućava stvaranje muških reproduktivnih

organa tokom razvića, ne dozvoljavaju razvoj Milerovih tuba, zato se zove antimilerov hormon,

ne dozvoljavaju nastanak ţenskih polnih organa, zatim tu se nalaze I receptori za inhibin I

aktivin, dakle svi ovi ligandi se vezuju za Tip2 membranski segment treonin kinaze , što dovodi

do toga da Tip1 pepoznaje da se ligand vezao za Tip2 membranski segment treonin kinaze, što

aktivira enzimsku aktivnost Tip2 i ona fosforiliše Ser/Thr ostatke Tip1. Znaĉi, ligand se veţe za

Tip2, to prepoznaje Tip1, prepoznavanje od strane Tip1 dovodi do toga da Tip2 stekne enzimsku

aktivnost, fosforiliše serinske I treoninske ostatke Tip1, što dovodi do toga da ova ovako

fosforilisana serin treonin kinaza Tip1 moţe da fosforiliše Ser/Thr ostatke na proteinima citosola.

Membranske tirozin kinaze

Tipiĉne membranske tirozin kinaze su receptori za faktor rasta nerava(NGF). Dakle, ovde

je u pitanju jedan proten koji samo jedanput prolazi kroz ćelijsku membranu. Vezivanjem dva

NGF-a za dve membranske tirozin kinaze dovodi do dimerizacije, a dimerizacija je signal za

medjusobnu fosforilaciju tirozinskih ostataka ( receptori jedan drugom fosforilišu tirozinske

ostatke), jedan monomer fosforiliše tirozinske ostatke drugog monomera i obrnuto.

40

Druga membranska tirozin kinaza je receptor za insulin. Ona kao što vidite izgleda

drugaĉije, u pitanju je heterotetramer, koji sadrţi dve alfa I dve beta subjedinice. Dve alfa

subjedinice su vezane disulfidnim mostovima I alfa i beta subjedinice su takodje vezane

disulfidnim mostovima. U pitanju je dakle heterotetramer koji je sam po sebi tetramer, ne

tetramerizuje kada se za njega veţe ligand. Vezivanje liganda, odnosno insulina, ili faktor rasta

sliĉan insulinu 1 (IGF1), dovodi do toga da citoplazmatski delovi beta subjedinice steknu tirozin

kinaznu aktivnost i mogu dalje da fosforilišu kako sami sebe, tako i tirozinske ostatke proteina

citoplazme koji se nazivaju IRS1. Znaĉi, IRS1 predstavlja supstrat za insulinski receptor. Dakle,

evo iste slike, insulinski receptor, insulin se vezao, doveo je do toga da je citoplazmatski deo

stekao tirozin kinaznu aktivnost i da moţe sam sebe da fosforiliše, ali i fosforiliše supstrate za

insulinski receptor koji se nazivaju IRS1, 2, 3 I 4. Šta su IRS1,2,3 i 4? Dakle, u pitanju su

efektorni proteini citosola. Kada ovi proteini postanu fosforilisani, oni postaju proteini za

pristajanje. Šta znaĉi pristajanje? To znaĉi da se za njih sada vezuju proteini koji imaju SH2,

odnosno SH3 motive. Šta su SH2, odnosno SH3 motivi? To su dţepovi, od 50-100

aminokiselina, koji predstavljaju dţepove za fosforilisane tirozine. Znaĉi, molekul koji poseduje

SH2 motiv predstavlja dţep u koji se sad ubacuje ovaj fosforilisani tirozin na IRS1. I zato

kaţemo da su oni proteini za pristajanje. U ovom sluĉaju, odnosno na ovoj slici za njega pristaje

GRB2 koji sad pokreće RAS signalni put, o tome ćemo sledeći put. Koji još proteini mogu da

poseduju ovaj SH2, SH3 motiv? To moţe na primer da bude fosfolipaza C gama ili tirozin

kinaze iz Src familije.

Sledeća grupa receptora su oni koji nemaju sami po sebi enzimsku aktivnost, znaĉi

njihovi citoplazmatski domeni nemaju enzimsku aktivnost, ali su spregnuti sa proteinima

citoplazme koji imaju tirozin kinaznu aktivnost. I u pitanju su receptori za veliki broj

interleukina, dakle IL-2,3,4,5,6.., receptori za leukemija inhibirajuće faktore, receptori za

eritropoetin, receptor za faktor stimulacije kolonije makrofaga, receptori za epidermalni fator

rasta, za interferone beta, gama, za hormon rasta...itd. Dakle u pitanju su receptori koji mogu biti

homodimeri (koje ĉine dva alfa lanca) heterodimeri ( koga ĉine alfa i beta lanac, primer:

receptor za interleukin3) ili mogu biti ĉak i heterotrimeri, da trimerizuju, odnosno da formiraju

alfa, beta i gama trimere. Ovi receptori dakle ne poseduju enzimsku aktivnost, već su svojim

citoplazmatskim domenom nekovalentno vezani sa dve grupe enzima. Jedna frupa su tirozin

41

kinaze iz janus familije, takozvane JAK kinaze. I druge su tirozin kinaze iz sark (Src) familije.

Kada se veţe ligand, na primer neki interleukin, dolazi do homodimerizacije, heterodimerizacije

ili trimerizacije što dovodi do autofosforilacije spregnutih proteina, ali i foforilacije nizvodnih

puteva. Da vidimo na koji naĉin funkcionišu janus kinaze , a na koji naĉin Src kinaze. Dakle,

janus kinaze su JAK1, JAK2 i Tyk2. Za JAK kinaze je karakteristiĉno da nizvodno fosforilišu

proteine iz STAT(signal transducers and activators of transcription) familije, koji dakle

dimerizuju, ulaze u jedro i postaju transkripcioni faktori. Takav tipiĉni ligand je interferon alfa

koji se vezuje za ovakav receptor sa enzimskom aktivnošću i koji sad aktivira enzime citosola iz

janus familije tuk2 (Tyk2) i JAK1. Tyk2 i JAK1 fosforilišu STAT1 i STAT2 proteine koji sad

dimerizuju. Osim toga za sebe vezuju IRF9 (faktor koji je regulisan interferonima). Fosforilisani

STAT1, STAT2 i IRF9 ulaze u jedro i vezuju se za svoje sekvence koje se nazivaju ISRE (IFN-α

response element ). Interferon gama aktivira JAK1 i JAK2 proteine citosola, što dovodi do

fosforilacije STAT1, znaĉI STAT1 sad formira stabilne homodimere. Ovakav stabilan

homodimer ulazi u jedro i vezuje se za svoju sekvencu koja se naziva GAS (γ activation site) .

JAK kinaze su spregnute i sa receptorom za leptin. Znaĉi leptin se vezuje za svoje OB-Rb

receptore i kada nema leptina, ovaj receptor ne dimerizuje. Kada ima leptina, kada se on veţe za

svoje receptore, receptor formira tetramer. Ovakav tetramer dovodi do autofosforilacije JAK2 i

ove fosforilisane JAK2 sada fosforilišu tirozine na receptoru za leptin. Na taj naĉin se receptor

za leptin aktivira što omogućava fosforilaciju STAT3. STAT3 dimerizuje i odlazi u jedro, što

dovodi do transkripcije specifiĉnog gena.

Druga familija kinaza su sark kinaze ili Srk( skraćenica od sarkoma) i u pitanju je prvi

opisani protoonko protein i za njegovo otriće su Bishop i Varmus 1989. dobili Nobelovu

nagradu. U pitanju je familija Srk kinaza koja se sastoji iz 3 podfamilije, odnosno 9 kinaza. Src,

Yes, Fyn, Fgr, to su tirozin kinaze koje ulaze u podfamiliju Srk kinaze tipa A. Lyn, Hck, Lck,

Blk kinaze subfamilije tipa B i Frk kinaza koja je srodna tirozin kinazama invertebrata. Neke Srk

kinaze su prisutne u svim tkivima, a neke su specifiĉne za odreĊena tkiva. Kako izgledaju Srk

kinaze? Dakle, ove tirozin kinaze imaju nekoliko domena. Ovaj domen na amino kraju je

takozvani SH4 domen koji je zaduţen za ukotljavanje u membranu (ukotljavanje se vrši preko

meristil grupe, sećamo se prvog predavanja). Sledeći (beli) je univerzalni domen ĉija je uloga

nepoznata. Zatim idu SH3 i SH2, malopre pomenuti, rekli smo da su u pitanju sekvence od 50-

42

100ak koji formiraju dţepove za fosforilisane tirozine. I rekli smo, takodje da osim ovog GRB2,

I Srk kinaze poseduju te domene u koje se sad pakuju fosforilisani tirozini. Sledeći domen

(crveni), linker koji ima mogućnost da se veţe za SH3. Zatim sledi (plavi) veliki katalitiĉki

domen koji je podeljen na dva poddomena i koji u stvari ima tirozin kinaznu aktivnost. IzmeĊu

ova dva poddomena nalazi se aktivaciona petlja (narandţasta) koja poseduje tirozinski ostatak

na, negde piše 416. mestu, negde piše na 418. mestu, ali to ne pamtimo. Ova aktivaciona petlja

ima regulatornu ulogu i takoĊe se naziva i SH1 petlja. I na C kraju ove Srk kinaze poseduju

jednu malu sekvencu na kojem se opet nalazi vaţan tirozin na 527. ili 529. mestu koji je vrlo

vaţan za aktivaciju Srk kinaze. Pa da vidimo na koji naĉin se aktiviraju ove tirozin kinaze.

Samim tim što im naziv potiĉe od sarkoma, ukljuĉene su u onkogenezu i mnoge bolesti, a

pogotovo bolesti posredovane T limfocitima. Kada je fosforilisan tirozin na C kraju ( na 527. Ili

529. mestu), tada je tirozin kinaza inhibirana zato što je C kraj vezan za SH2 domen. Dakle SH2

domen postaje mesto u koje se uklapa fosfotirozin samog molekula. Samim tim što se sad C kraj

upakovao u ovaj SH2 domen, dovodi do toga da se linker vezuje za SH3 domen. Dakle linker,

koji takoĊe poseduje fosforilisani tirozin se uklapa u dţep SH3 domena. I na taj naĉin katalitiĉko

mesto je neurĊeeno i tirozin kinaza je inhibirana. Na koji naĉin se aktivira Srk kinaza? Aktivira

se pre svega defosforilacijom ovog tirozina na C kraju koju vrše enzimi koji se zovu tirozin

fosfataze. Tipiĉna tirozin fosfataza je npr CD45 koja vrši defosforilaciju ovog tirozina na 529.

mestu što omogućava molekulu da se otvori i samim tim da se za SH2 mesto veţu FAK kinaze

ili PTK2. Istovremeno aktivacija podrazumeva i autofosforilaciju Tyr unutar katalitiĉkog

domena na 416. mestu, ĉto dovodi do aktivacije ove Srk kinaze. I da vidimo na koji naĉin Srk

kinaze uĉestvuju u procesu nastanka tumora dojke. Dakle, kada je reĉ o genezi tumora dojke, tu

su Srk kinaze spregnute sa receptorima za epidermalni faktor rasta (EGFR). Ovi receptori se

nazivaju još i HER1 receptori i u izmenjenim ćelijama dojke dolazi do povećane ekspresije kako

HER1 , tako i Srk kinaza. Ĉim je povećana ekspresija Srk i HER1 , to dovodi do toga da Srk

kinaze fosforilišu tirozine na STAT3 molekulu nizvodno. A takoĊe pojaĉano eksprimirane Srk

kinaze fosforilišu tirozin na 699. mestu STAT5b. Treće mesto fosforilacije prekomerno

eksprimiranih Srk kinaza je 845. mesto tirozina samog receptora. Sad ovako fosforilisani

receptor takoĊe fosforiliše STAT3, fosforiliše i STAT5b ali na drugim mestima tirozina, što

dovodi do toga da STAT5b dimerizuje, ulazi u jedro i vezuje se za sekvencu STAT5RE (STAT-

43

response elements). TakoĊe dimerizuje i STAT3 i vezuje se za STAT3RE (STAT-response

elements) što dovodi do transkripcije gena koji regulišu proliferaciju, odnosno nastanak tumora

dojke. Ovo je samo jedan od predloţenih modela u kojima su Srk kinaze ukljuĉene u pojavu

tumora. Naravno nećete pamtiti mesta tirozinskih ostataka, samo trebate da shvatite da su u

pitanju razliĉita mesta.

I na kraju nam ostaju membranke tirozin fosfataze. Malopre pomenuti CD45 koji je

upravo doveo do aktivacije Srk kinaze jer je defosforilisao tirozin na 529. mestu, dakle u pitanju

je protein koji se nalazi na T limfocitima i B limfocitima i koji predstavlja primer enzima koji

ima tirozin fosfatnu aktivnost.

Receptori spregnuti sa G proteinom

Kada govorimo o receptorima spregnutim sa G proteinom u pitanju su receptori koji se

nalaze u membrane, najveća familija receptora (1000) i za njih se vezuju razliĉiti ligandi:

hormoni, neurotransmiteri, protektanti, odoranti, tastanti, vazoaktivni peptidi... Dakle, veliki je

diverzitet liganda: hormoni kao što su glukagon, kateholamini,neurotransmiteri, neki tastanti ne

svi,.. svi oni se vezuju za proteine spregnute sa proteinom G. Ako govorimo o hemijskom

diverzitetu, već moţemo da vidimo da su u pitanju amini, oligopeptidi, mali hemijski molekuli

kao što su odoranti ili tastanti itd. Receptor koji 7 puta prolazi kroz membranu, ima sedam

transmembranskih segmenata. U vanćelijskom prostoru štĉi N, amino kraj koji je glikozilovan i

za male ligande kao što je adrenalin oni se vezuju za transmembranske segmente dok veći

ligandi preferiraju za svoje vezivanje i ovaj glikozilovani amino kraj. Kada govorimo o petljama

u citosolu naroĉito je vaţna ova petlja izmeĊu 5. i 6. Transmembranskog segmenta jer je to

mesto vezivanja G proteina, mada G protein poseduje i neka mesta za vezivanje u petlji izmeĊu

3. i 4. Segmenta i glikozilovanog karbokscilnog kraja koji štrĉi u citosolu. Dakle ova pretlja je

najbitnija za vezu sa G proteinom (izmeĊu 5. i 6.) a pojedine ak ove petlje (3. i 4.) i karboksilnog

kraja takoĊe su vaţna kao mesta za vezivanje G proteina. U pitanju je velika superfamilija

membranskih proteina koja ukljuĉuje ove klasiĉne membranske heterotrimere alfa,beta,gama a

ukljuĉuje i male proteine kao što je Ras. I za sve njih je karakteristiĉno da kada je spregnut sa

GTP oni su u aktivnoj formi, a kada je vezan GDP onda su nekativni.

Nešto o klasiĉnim membranskim heterotrimerima. Heterotrimer je saĉinjen od alfa, beta,

gama subjedinice. Alfa sujedinica je ta koja vezuje za sebe GTP koji ima GTPaznu aktivnost-

44

hidrolizuje i ona je ta koja reaguje sa efektorima npr. Kao što je adenil ciklaza. Alfa sujedinica je

pomoćni ? linker uz pomoću kojeg se ? ukotvljuje u ćelijsku membranu, s druge strane ceo

komplek se ukotvljen u membranu preko prenil grupe gama sujedinice i na taj naĉin je sa dva

mesta kompleks ukotvljen u membranu. TakoĊe, betagama sujedinica mogu reagovati sa

efektorom.

Imajući u vidu da su tri subjedinice, postoji veliki diverzitet proteina, samo ako govorimo

o alfa sujedinici u ptanju je do sada otkriveno 16 razliĉitih izoformi, 5 izoformi beta subjedinice i

11 razliĉitih izoformi gama subjedinica. Svi oni su razliĉito distribuirani u razliĉitim tkivima i

interaguju sa razliĉitim efektorima i sa razliĉitim receptorima. Npr. videćemo to i kasnije alfa S

subjedinicu aktivira glukagon, adrenalin i ona posle interaguje sa proteinima kao što je adenil

ciklaza. Alfa O sujedinica, aktiviraju je odoranti i efektor je adenil ciklaza, kasnije adenil ciklaza

aktivira kanale zavisne od cikliĉnog nukleotida i do otvaranja kanala za Na i Ca. Alfa Q

subjedinica ona aktivira noradrenalin koji na taj naĉin izaziva vazokonstrikciju vezjujući se sa

svoje alfa1 receptore i efektro je fosfolipaza C. Za otkriće G proteina ’94 Gilman i Rodbel su

dobili Nobelov nagradu za medicinu.

Kako funkcioniše G protein? Rekli smo da kada za sebe ima vezan GTP onda je aktivan,

kada je vezan GDP neaktivan je. Ovde imamo nekativnan komplek za koji je vezan GDP, dolazi

zatim do vezivanja liganda za receptor, to vodi konformacionoj promeni i receptor interaguje sa

G proteinom što dovodi do otpuštanja GDP-a i vezivanja GTP. Vezivanje GTP dovodi do toga

da trimer disosuje od receptora, vezje se za svoj efektor preko alfa ili betagama subjedinice. One

disosuju, vezuje svaka svoj efektor. Alfa subjedinica npr adenil ciklazu, fosfolipazu C,

fosfodiestarazu, a betagama subjedinica npr. bruton tirozin kinazu (Btk), moţe da aktivira jonski

kanal itd. Na kraju imamo terminaciju procesa: alfa subjedinica hidrolizuje GTP (dakle ponovo

je inaktivirana) i promoviše spajanje sa betagama subjedinicom i na taj naĉin je kompleks

stabilizovan. Još jedan faktor proteina za terminaciju odgovora - RGS odnosno regulator

signalizacije G rpoteina koji pojaĉava njegovu GTPaznu aktivnost i time promoviše terminaciju

odgovora. Iako su vaţne grupe kojim je alfa subjedinica ukotvljena u membranu, otklanjanjem

ovih grupa alfa se otkaĉi od membrane i ne moţe više da interaguje sa RC i efektorom.

Preko G proteina kolera toksin ispoljava toksiĉno dejstvo koje se naziva simptomom

kolere. To je toksin koji je sekretorni produkt bakterije Vibrio cholerae i u pitanju je oligoprotein

45

koji se sastoji iz jedna A subjedinice (zeleno) i 5/pentamer B subjedinica (ljubiĉasto na slici).

Kolera toksin se vezuje za enterocite i vezuju se za receptor koji se naziva GM1 ganglozoidni

receptor preko pentamera B subjedinica, to dovodi do endocitoze- ulaska kompleksa u ćeliju. U

ćeliju kada dospe A subjedinica dolazi do isecanja na dva domena, odvajeni A1 domena sada

stiĉe enzimsku aktivnost, odnosno dovodi do transfera ADP riboze na alfa B1 subjedinicu.

Samim tiim ova alfa S subjedinica je inhibirana, blokirana je njena GTPazna aktivnost i ona je

praktiĉno u membrani blokirana sa GTPom (blokirana je sa vezanim GTPom) a to znaĉi da

imamo konstantu produkciju cAMP, ĉim se povećava koliĉina cAMP on dovodi do aktiviranja

kanala za Cl na enterociti koji se naziva transmembranski regulator cistiĉne fibroze TRCF.

Samim tim je konstantno aktivirani iz njega izlaze hloridi dovodi do paracelularnog transporta

vode i Na i na taj naĉin izaziva klasiĉne simptome kolere a pre svega dijareju. Kao jedan od

terapeutika se koriste i enkefalini koji se vezuje za svoje opioidne receptore na istoj ćeliji

(enterociti) i aktiviraju Gi protein što znaĉi da će Gi protein sada inhibirati adenil ciklazu i na taj

naĉin enkefalini mogu da imaju terapeutski efekat kada je u pitanju dijarea.

Na sliĉan naĉin infekciju, odnosno velik kašalj izaziva pertusis toksin koji je sekretorni

produkt bkterije Bordetella pertussis . TakoĊe se sastoji od 6 subjedinica, jedne S1 koja je analog

A subjedinici kod kolera toksina S2-S5 je oligomer koji je homolog ovom pentameru 5 B

subjedinica. Mehanizam delovanja je nešto drugaĉiji: vrši se ADP ribolizacija alfa i subjedinice,

ona vrši tranfer ADP riboze na alfa i subjedinicu, znaĉi ona ne moţe da menja GDP za GTP i ona

sada ostaje blokirana sa vezanim GDPom što znaĉi da nema mogućnost da inhibira adenil

ciklazu i opet se povećava cAMP i opet dolazi do akitvacije TRCF-a.

Mali GTP- vezujući proteini. Mali proteini, takoĊe na membrani koji imaju mogućnost da

vezuju GTP odnosno GMP i u pitanju su familije malih proteina od oko 100 ĉlanova koji su

klasifikovani u 5 familija Ras, Rho, Rab, Sar1/Arf, Ran i oni funkcionišu kao biotajmeri ćelija

odnosno omogućavaju spektar ćelijskih funkcija i to pre svega poĉetak trajanje i kraj neke

funkcije. Ovo su neke opšte funkcije: Ras familija reguliše eksperiju gena. Rho- reorganizaciju

citoskeleta, Rab, Sar1/Arf – transprt vezikula, Ran – mikrotubularnu reorganizaciju. Sliĉno

heterotrimeru i kada je mali GTP vezujući protein kao što je Ras ima za sebe vezan GDP i tada

je inaktivan, suprotno kada ima vezan GTP onda je aktivan. Šta je to sada što prevodi inaktivnu

formu u aktivnu? Kada su u pitanju mali GTP vezujući proteini to su proteini kao što je GEF

46

(guanine nucleotide exchange factors) faktor izmene gunaniskinh nukleotida ili SOS (son or

sevenless). Ne zna se zašto se ovako zove...ima veze sa nekim proteinom kod Drozofile.GEF i

SOS vrše izmenu nukletodi i samim tim aktiviraju Ras. A sa druge strane, GAP- protein koji

aktivira GTPaznu aktivnost Ras proteina ili neurofibromin, oni omogućavaju hidrolizu GTPa i

inaktiviraju ovaj mali protein.

Na koji naĉin deluju mali GTP vezujući proteini? Tipiĉna aktivacija MAP kinaznog puta.

Ovaj poĉetak liĉi na receptor za insulin. IzmeĊu ostalog i receptro za insulin aktivira male GTP

vezujuće proteine, bilo koji ligand kada se veţe za svoj receptor, menja njegovu aktivnost, dolazi

do dimerizacije receptora i dimerizovani receptori se sad aktiviraju i fosforilišu tirozinske

ostatke samih receptora – autofosforilacija i aktiviranja u našem sluĉaju insulinskih receptora i

stiĉu osobinu proteina za ukotvljavanje, uz koje „pristaju“ proteini koji imaju SH2 i SH3

domene- Ċepovi od 50 do 100 ak koji imaju mogućnost da u sebe ubace fosfotirozine. Kada su u

pitanju faktori rasta, odnosno GRB-protein koji vezuje receptore za faktore rasta preko svojih

SH2 domena se ukotvljuje za fosfotirozine samog receptora?.

A zašto se ovaj GRB2 zove tako kako se zove? To je zato što se aktivira u odgovoru na

razliĉite faktore rasta kao što su EGF - epidermalni faktor rasta, faktor rasta nerava - NGF,

fibroblast faktori rasta - FGF, faktor rasta poreklom iz trombocita - PDGF itd. Dakle, zbog toga

naziv GRB (growth factor receptor bound protein) - protein koji se vezuje za receptore za faktore

rasta. I kao što sam rekla, svojim SH2 domenima kojim formiraju jednu vrstu dţepova u kojei se

sad ubacuju fosforilisani tirozini samog receptora. S druge strane, preko SH3 domena aktivira

SOS - protein koji ima ulogu izmjenjivaĉa guaninskih nukleotida. Samim tim SH2-? (valjda

SH3) aktivira Ras, jer vrši izmjenu nukleotida i sad aktivirani Ras regrutuje Ser/Thr kinazu iz

citosloa tzv. Raf-1 kinazu ili kinazu kinaze MAP kinaze i ubacuje je u membranu. Znaĉi, uloga

malog GTP vezujućeg proteina Ras-a je da regrutuje kinazu kinaze MAP kinaze u membranu.

Kada se ona regrutuje i ubaci u membranu, tako aktivirana fosforiliše sledeću kinazu. To je

MEK ili kinaza MAP kinaze, koja opet fosforiliše sledeću kinazu, a to je ERK, kinaza koja je

regulisana ekstraćelijskim signalima ili MAP kinaza koja sada kada se fosforiliše ima mogućnost

da fosforiliše druge proteine citoslola i samim tim da ispoljava negenomske efekte, ali ima i

mogućnost da uĊe u nukleus i da fosforiliše brojne proteine jedra, odnosno transkripcione faktore

i tako stiĉe genomski efekat.

47

E sad, pre nego krenemo opet na onu klasiĉnu alfa signalizaciju koja vam je najpoznatija

da vidimo sta je sa βγ o kojoj se do skoro nije mnogo znali. Dakle, šta su sve u stanju da urade βγ

subjedninice kada se odvoje od kompleksa, odnosno od alfa subjedninice? Idemo jednu po jednu,

sve ćemo ove puteve da obradimo, nije toliko komplikovano kao što izgleda na prvi pogled.

Dakle, prvo što radi βγ subjedinica to je da omogućava endocitozu i transport npr.

albumina posredovanog caveolinom. Znaĉi endocitoza i transcitoza albumina posredovani

caveolinom. Šta se tu dešava? βγ subjedinica sada aktivira Src kinazu o kojoj smo priĉali prošli

put. Src kinaza aktivira dynamin2, fosforiliše dynamin2 i kaveolin i on omogućava ovu

transcitozu albumina. Evo kako to izgleda izbliza pa ćemo da se vratimo na onu komlikovanu

šemu. Dakle, kaveole predstavljaju jame u membrani koje omogućavaju transcitozu velikih

molekula, u ovom sluĉaju albumina. Da bi se kaveola odvojila od membrabne potreban je jedan

protein koji se naziva dynamin2, koji ima GTP-aznu aktivnost i omogućava fisiju, odnosno

odvajanje kaveola sa membrane tako što omogućava konstrikciju vrata kaveole nakon što je

hidrolizovao GTP. Kakve to veze ima sad sa βγ subjedinicom? Kad se albumin veţe za svoj

receptor gp60 na membrani ili unutar kaveole to dovodi do odvajanje βγ subjednice od α

subjedninice. βγ subjedinica sada aktivira Src, Src omogućava fosforilaciju dynamina na 231

mestu unutar GTP-aznog domena i omogućava fosforilaciju dynamina2 na 597 mestu.

Fosforilacija na 597 mestu je izuzetno vaţna jer omogućava da se on izmesti u plazma membrani

sa jednog mesta na drugi i da se veţe za caveoline, odnosni caveolin1 koji se nalazi unutar

kaveole. Samim tim, kao što sam rekla, stiĉe GTP-aznu aktivnost i omogućava fisiju kaveole. Na

taj naĉin omogućava endocitozu odnosno transcitozu albumina sa jedne strane ćelije na drugu

stranu ćelije.

Završili smo endocitozu, idemo sad drugu ulogu βγ subjedinice, a to je aktivacija MAP

kinaznog puta preko fosforilacije jednog adapternog proteina koji se naziva SHC transformišući

protein-1. βγ subjedinica fosforiliše SHC. SHC aktivira GRB-2, malopre pomenuti, koji sada

aktivira SOS. SOS opet aktivira Ras, odnosno doovodi do izmjene nukleotida, Ras sada stiĉe

GTP-aznu aktivnost, omogućava translokaciju Raf-1 u membranu. Raf-1 aktivira MEK, MEK

aktivira ERK i dakle na taj naĉin βγ subjedinica moţe da aktivira MAP kinazni put.

Šta radi još βγ subjedinica? Ovaj srednji deo, to je metabolizam fosfoinozitida.

Metabolizam fosfoinizitida... Dakle ovo sve što se dešava u citosolu to je samo šema, sve su to

48

proteini membrane. Fosfoinozitidi su proteini membrane, jednostavno ne bi moglo da stane na

ovu sliku... Mi smo sve vreme u membrani... dakle βγ subjedinica je zakaĉena za membranu i

fosfoinozitidi na koje djeluje su takoĊe u membrani. Dakle βγ subjedinica sada aktivira Bruton-

ovu tirozin kinazu-Btk koja sada fosforiliše fosfolipazu c gama (PLCγ). PLCγ sada razlaţe

fosfatidil inozitol difosfat koji, ponavljam se nalazi u membrani, na dva sekundarna glasnika,

inozitol-3-fosfat-IP3 i diacilglicerol-DAG. Videćemo kasnije IP3 odlazi u citosol, a DAG ostaje

u membrani. Osim toga βγ subjedinica direktno aktivira fosfolipacu c beta2 i ta fosfolipaza c beta

2 takoĊe deluje na fosfatidil inozitol bifosfat i dovodi do stvaranja IP3-a i DAG-a. Zatim, βγ

subjedinica aktivira jednu kinazu koja se naziva PI3K (fosfoinozitid-3-kinaza) koja konvertuje

fosfatidil inozitol difosfat u fosfatidil inozitol 3 fosfat. PIP3 omogućava regrutovanje protein

kinaze B - PKB ili tzv. Akt-a u membranu i omogućava sada dakle da na njega deluje novi enzim

koji se naziva 3 fosfatidil inozitol zavisna protein kinaza 1-PDPK1. Kada je translocirana u

membranu protein kinaza B ili Akt, na nju sada moţe da deluje ovaj enzim i da pokrene novi

signalni put koji se naziva Akt signalni put koji recimo ima ulogu u blokadi apoptoze i

proloferaciji ćelija. Dalje, βγ subjedinica moţe da aktivira i adenil ciklazu 2 (ACII) i adenil

ciklazu 5 (ACV). Znaĉi, ove dve adenil cikalze kao i ona adenil ciklaza na koju smo navikli

takoĊe dovode do stvaranja cAMP-a i aktivira protein kinazu A.

I na kraju, βγ subjedinica dovodi ovaj sluĉaj pominjali smo ĉini mi se kad smo priĉali o

negativnom hronotropnom dejstvu acetilholina. Dakle, βγ subjedinica otvara kanale za kalijum i

kanale za kalijum kroz koje kalijum izlazi što dovodi do hiperpolarizacije ćelije i usporavanja

rada srca.

Idemo sada na α signalizaciju, na receptore spregnute s proteinom G ali preko α

subjedinice. Dakle, ona je kuplovana sa razliĉitim enzimima i moţe da ih inhibira ili stimuliše.

Tako, αs subjedinica stmuliše adenil ciklazu, a αi inhibira adenil ciklazu te tako dovodi do

povećanja sekundarnog glasnika cAMP-a ili do njegovog smanjenja. Koji su to razliĉiti

sekundarni glasnici koje moţe da aktiviraju razliĉite α subjedinice? Dakle, cAMP i adenil

ciklaza.

Zatim, ovde nemamo sluĉaj klasiĉnog liganda već je svetlost ta koja aktivira protein koji

je spregnut s G proteinom i naziva se rodopsin. On se sastoji iz proteinske komponente-opsina i

retinola. Cis-retinal apsorbuje foton svetlosti i dovodi do konformacionih promena samog

49

proteina i dovodi do disocijacije u ovom sluĉaju αt subjedinice. T zato što se ovaj kompleks koji

se vezuje za rodopsin naziva transducin. αt subjedinica ne aktivira adenil cikazu kao αs već

aktivira fosfodiesterazu koja razgraĊuje cGMP što dovodi do smanjenja cGMP-a i do

hiperpolarizacije ćelije u odgovoru na svetlost.

Sledeća subjedinica je αq subjedinica. Ona aktivira fosfolipazu C - PLC i to PLC β-2 koja

dovodi do stvaranja IP3-a i DAG-a.

Odoranti dovode do stvaranja αo subjedinice koja takoĊe aktivira adenil ciklazu. Kada

govorimo o klasiĉnom putu na A, znaĉi adenil ciklaza, cAMP, protein kinaza A... da navedemo

primere sa kojima smo se do sada susretali... na taj naĉin recimo, adrenokortikotropni hormon -

ACTH iz hipofize se vezuje za svoje receptore na kori nadbubrega i preko AC i cAMP-a dovodi

do stvaranja glukokortikoida iz holesterola. Pominjala je prošli put koleginica kada je drţala

seminar da se na taj naĉin vazopresin vezuje za svoje receptore na tubulocitama i da tako

omogućava eksprimiranje akvaporina. Pominjali smo da na ovaj naĉin, preko AC i cAMP-a

noradrenalin ostvaruje pozitivno inotropno dejstvo. Znaĉi, pozitivno inotropno dejstvo ostvaruje

kad se vezuje za svoje receptore na kojim ćelijama? Pozitivni efekat na snagu kontrakcije

ostvaruje vezujući se za svoje receptore na kardiocitama. A šta se dešava kad se NA veţe za

ćelije SA ĉvora? Ostvaruje pozitivno hronotropno dejstvo, ubrzava rad srca. Preko kog signalnog

puta to ostvaruje? Istog ovog. Opet se vezuje za β1 receptore i preko AC i cAMP-a ostvaruje

pozitivno hronotropno dejstvo.

Malopre smo priĉali da kolera toksin i nemetuzis toksin opet preko α subjedinice

ostvaruje simptome holere. Zatim, postoji niz sindroma vezanih za defekte, odnosno mutacije u

genu za αs subjedinicu. Jedan od takvih sindroma je McCune-Albright sindrom, koji nastaje

usled mutacije u gnas1 genu, a gnas1 gen je taj koji kodira αs subjedinicu, znaĉi mutacija u ovom

genu dovodi do ovog sindroma koji se manifestuje preranim pubertetom, deformisanim kostima,

hiperpigmentacijom i hiperfunkcijom mnogih endokrinih ţlezda. TakoĊe, sledeći poremećaj,

takoĊe nasledan, Albrightova hereditarna osteodistrofija ili pseudoparatiroidizam,

nefunkcionalna αs subjedinica, dovodi do rezistencije na parathormon (zato se i naziva

pseudoparatireoidizam). Znaĉi nije u pitanju defekt tireoidne ţlezde, parathormona ima dosta,

ĉak ga ima i više, meĊutim ćelije su rezistentne na ovaj hormon, što dovodi do hipokalcemije, do

karakteristiĉno niskog rasta, 4. i 5. prst su kraći i dovodi do mentalne retardacije. Dakle dve

50

karakteristiĉne bolesti vezane za mutaciju u genu za αs subjedinicu. αs subjedinica aktivira

adenilat ciklazu, ona sad dovodi do povećanja cAMP-a, cAMP aktivira PKA, zašto je A? zato što

je od cAMP zavisna protein kinaza, koja se sastoji iz 2 katalitiĉke I 2 regulatorne subjedinice.

Regulatorne praktiĉno inhibiraju protein kinazu, kada se veţe cAMP dovodi do odvajanja

regulatornih od katalitiĉkih subjedinica, katalitiĉke subjedinice stiĉu serin treonin kinazno

dejstvo, odnosno omogućava fosforilaciju serina I treonina na efektornom proteinu. Ĉemu još

sluţi regulatorna subjedinica? Ona obavja ukotvljavanje celog ovog kompleksa jer se vezuje za

AKAP. AKAP je protein koji ukotvljava A kinazu I povezuje protein kinazu za citoskelet ili za

organelu. U neuronima npr. AKAP79 ukotvljava PKA i kalcineurin, odnosno protein fosfatazu 3

(PP3).

Za otkriće o postojanja i funkcionisanja G proteina, cAMP-a kao sekundarnog glasnika

Earl Sutherland je 1971. dobio Nobelovu nagradu za fiziologiju i medicinu, a za otkriće

signalnog puta, odnosno fosforilaciju u signalnoj transdukciji Edmond Fischer i Edwin Krebs

1992. dobili Nobelovu nagradu za fiziologiju i medicinu.

Otkriće funkcionisanja cAMP-a je ustanovljeno na katabolizmu glikogena u skeletnim

mišićima, o tome nećemo priĉati jer sam sigurna da ste o tome slušali veliki broj puta tokom

studiranja. Znaĉi koja je poenta delovanja npr. adrenalina ili glukagona na glikogenolizu? To je

da se aktivaira glikogen fosforilaza sa jedne strane i omogućava se glikogenoliza, i da se

istovremeno aktivira glikogen sintetaza, odnosno da se inhibira glikogeneza. Dakle cAMP

aktivira PKA koja fosforiliše subjedinice neaktivne kinaze glikogen fosforilaze sa jedne strane, a

sa druge strane aktivnu glikogen sintazu inaktivira i na taj naĉin onemogućava istovremeno

glikoneogenezu. Treća stvar koju obavlja PKA u mišićnim ćelijama i npr. hepatocitima ukoliko

je potrebno da deluje na nivo glukagona, to je da fosforiliše i aktivira inhibitor fosfoprotein

fosfataze (PP1). Zašto inhibira PP1? Zato što ova fosfataza uklanja fosfate koje ova PKA dodaje.

Znaĉi ukoliko ona nije inhibirana ovaj ceo posao će biti besmislen jer PKA fosforiliše serin

treonin ostatke, a PP1 ih defosforiliše. Da se to ne bi dešavalo treći efektorni protein PKA je

PP1, odnosno fosfoprotein fosfataza. Priĉali smo već da na ovaj naĉin se u velikoj meri

amplifikuje signal, da jedan adrenalin dovodi do stvaranja 10 000 glukoze i da sam cAMP

ostvaruje veliki spektar enzimskih funkcija. Dakle jasno nam je da je vaţan balans izmeĊu

aktivnosti kinaze sa jedne strane i fosfataze, jer da fosfataza nije blokirana ne bi se odvijala

51

glikogenoliza. Osim protein fosfataze 1 koja vrši uklanjanje fosfata na serinu i treoninu koje

fosforiliše PKA postoje još PP2, PP3 i PP2C. PP2 takoĊe defosforiliše, odnosno uklanja fosfatne

ostatke koje su dodale druge kinaze npr. malopre pomenuta MAP kinaza ili ERK, ili protein

kinaza B ili A, i na taj naĉin deluje na MAP kinazni put i na ARK kinazni put. PP3 ili PP2B se

drugaĉije naziva kalcineurin, uĉestvuje u aktivaciji T limfocita, i upravo je kalicneurin odnosno

ova fosfataza glavni ??, lekovi se baziraju na kalcineurinu.

Osim negenomskih efekata o kojima smo priĉali, odnosno na koje sam vas podsetila,

PKA moţe da ostvaruje i genomske efekte, to smo malo dotakli kada smo priĉali o

akvaporinima, da kada se katalitiĉka subjedinica odvoji od regulatornih subjedinica ima

mogućnost da uĊe u jedro, i za samo pola sata moţe da fosforiliše CREB, odnosno protein koji

se vezuje za CRE elemente. CRE elementi su elementi na promotoru gena, npr. gen za porin, koji

se naziva CRE. Zašto? Zato što je cAMP responsivni element. Osim toga, fosforilacija CREB-a

omogućava da se ovaj protein veţe za drugi protein koji se naziva CBP. CBP je CREB vezujući

protein. I ovaj CBP kad se sad veţe za CREB formira neku vrstu mosta, odnosno spojnice

izmeĊu CREB-a i proteina transkripcione mašinerije i pomaţe transkripciju. Znaĉi sa jedne

strane CREB se vezuje za CRE elemente na promotoru gena, a sa druge strane njegova

fosforilacija mu omogućava da se veţe za CBP koji predstavlja spoj izmeĊu CREB-a i proteina

iniciacione transkripcione mašinerije. I ovo je sliĉno kao u citosolu, omogućena terminacija

signala tako što PKA kada je ušla u jedro i izvršila fosforilaciju CREB-a, sa druge strane

fosforilisala je PP1 koja onemogućava defosforilaciju CREB-a sa jedne strane i ĉim se spusti

cAMP ona se ukljuĉuje, defosforiliše je i na taj naĉin omogućava terminaciju signala.

Šta još radi cAMP? Ovo je nešto što već znate. cAMP i PKA ukljuĉeni su u mehanizam

desenzitizacije B adrenergiĉkih receptora. Na koji naĉin? Noradrenalin se veţe za svoje B

adrenergiĉke receptore, što smo, priĉali smo o tome da na taj naĉin moţe da ubrza rad srca. Znaĉi

klasiĉan put, preko αs adenil ciklaze cAMP i PKA koja kao što smo rekli fosforiliše specifiĉne

ciljne proteine, sa druge strane PKA fosforiliše kinazu β adrenergiĉkog receptora ili BARK,

znaĉi BAR kinazu. Ova kinaza sada kada je fosforilisana ima mogućnost da se translocira u

membranu, znaĉi dolazi do B adrenergiĉkog receptora i na taj naĉin omogućava kontrolu i

spreĉava prekomernu aktivaciju ovog receptora. Znaĉi na neki naĉin omogućava desenzitizaciju

receptora. Znaĉi ovo što smo rekli, da BAR kinaza omogućava fosforilaciju receptora i na taj

52

naĉin onemogućava prekomernu aktivaciju, što je vaţno jer ako bi ćelija bila izloţena, ako bi

npr. adrenalin prekomerno aktivirao ćeliju to bi bilo pogubno za hepatocite itd. Drugi

mehanizam kojim se vrši desentizacija je vezivanje arestina2. Arestin 2 se takoĊe vezuje za B

adrenergiĉki receptor, i to za mesto za koje se vezuje G protein. Znaĉi to je ona petlja izmeĊu S5

i S6 transmembranskih segmenata, dakle omogućava na taj naĉin da se B adrenergiĉki receptor

poveţe sa proteinom i sa klatrinskim adapterom, koji promovišu internalizaciju receptora i na taj

naĉin omogućavaju receptorsku desenzitizaciju internalizacijom receptora, odnosno ulaskom

receptora u unutarćelijske depoe. Dakle jedan mehanizam koji obavlja PKA je fosforilacija

BARK-a koji sad vrši fosforilaciju receptora, a drugi mehanizam je vezivanje arestina 2 i

internalizacija B adrenergiĉkog receptora.

Šta još radi cAMP? Ovo smo pominjali, znaĉi samo da se podsetimo. Dakle rekli smo da

se cAMP stvara u odgovoru na odorante, to su mali molekuli koji se rastvarauj u odorant

vezujućim proteinima mukusa sluzokoţe nosa, i na taj naĉin mogu da se vezuju za svoje

receptore koji takoĊe predstavljaju receptore spregnute sa proteinom G. αolf subjedinica dovodi

do stvaranja cAMP-a, a cAMP sada otvara kanale spregnute sa cikliĉnim proteinima, CNG

kanale, to su kanali kroz koje ulaze Ca i Na. Dakle cAMP dovodi do otvaranja kanala zavisnih

od cikliĉnih nukleotida, u ovom sluĉaju cAMP, i kroz te kanale sada ulazi Ca odnosno Na, što

dovodi do inicijalne depolarizacije. Inicijalna depolarizacija, odnosno povećanje koncentracije

Ca u ćeliji dovodi do otvaranja kanala za Cl zavisnih od kalcijuma. Znaĉi to su Ca aktivirajući

kanali za Cl, kroz koje sada Cl izlazi što dovodi do dalje depolarizacije, što dovodi do stvaranja

receptorskog ? potencijala koji kada preĊe prag dovodi do stvaranja akcionih potencijala. Sećate

se ove slike, rekli smo da je ovde neobiĉno što od dendrita dolazi akcioni potencijal ka telu

ćelije, zatim od tela ćelije odlazi u olfaktorni bulbus.

Sledeći receptor spregnut sa proteinom G ali signalna kaskada koja se odvija preko

cAMP-a je situacija koju imamo u ĉepićima i štapićima. Sećate se na koji naĉin su graĊeni

štapići i ĉepići. Rekli smo da imaju spoljni segment koji ima jednu vrstu diskova, koji se

razlikuju morfološki kada su u pitanju ĉepići i štapići i po tome su dobili naziv, i na tim

membranama se nalazi fotopigment. U pitanju je rodopsin, ĉlan familije spregnut sa proteinom G

koga ne aktiviraju klasiĉni ligandi već svetlost. Svetlost dovodi do prevoĊenja cis- retinala u

trans-retinal. Stvaranje trans retinala utiĉe na G protein koji se naziva transducin. Sada αG

53

subjedinica aktivira sledeći enzim – u pitanju je fosfodiesteraza. Ona hidrolizuje cikliĉni GMP u

GMP, samim tim se smanjuje koncentracija cGMP-a u ćeliji i dolazi do toga da on disosuje sa

svog CMG kanala (kanali zavisni od cikliĉnih nukleotida), u ovom sluĉaju zavisni od cikliĉnog

GMP-a što dovodi do zatvaranja kanala i hiperpolarizacije. Veoma je neobiĉno da svetlost

dovodi do hiperpolarizacije, a mrak je depolarišući.

Signalizacija preko inozitol -3-fosfata i diacil-glicerola

Odakle ćeliji IP3 i DAG? Oni se stvaraju iz fosfatidilinozitola koji su veoma malo

zastupljeni u ćel.membrani. Njihovi produkti imaju vaţnu ulogu u signalnoj transdukciji. Kada

se hormon ili npr.neurotransmiter (noradrenalin) veţe za svoj npr. α1 receptor u ćelijama glatkih

mišića i krvnih sudova dolazi do disocijacije alfaQ subjedinice G proteina koji sada aktivira

fosfolipazu Cβ. Postoje tri familije ovih lipaza: PLCβ, PLCγ i PLCδ. One se razlikuju po

katalitiĉkim svojstvima, eksprimiraju se u razliĉitim tipovima ćelija i aktiviraju se na razliĉite

naĉine. PLCβ hidrolizuje fosfatidilinozitol-3 fosfate (PIP2) na IP3 I DAG. Fosfatidilinozitoli su

jedan izvor ova dva sekundarna glasnika,tj. DAG-a. Drugi izvor DAG-a su fosfatidilholini kojih

ima mnogo, dosta su zastupljeni u membranama. DAG nastaje delovanjem dve fosfolipaze: PLC

I PLD. PLC iseca fosfatidilholine na odreĊenom mestu I nastaje sa jedne strane DAG,a sa druge

fosfoholin. PLD iseca fosfatidilholin na drugom mestu,tj. fosfodiestarsku vezu sa druge strane

tako da su produkti fosfo-DAG i holin. Interesantno je da se razlikuju tipovi u ćeliji u pogledu

toga da li DAG nastaje delovanjem PLCβ ili PLD. Kada nastaje delovanjem PLCβ nastaje

izuzetno brzo, ima nešto veći pik koji se brzo smanjuje. Delovanjem PLD,tj. DAG koji nastaje

hidrolizom fosfatidilholina nastaje znaĉajno kasnije, duţe perzistira u ćeliji i ima kasni pik. Na

ovaj naĉin,preko PLD, DAG nastaje pod uticajem TNF-α, IFN-γ i razliĉitih interleukina.

IP3 je sekundarni glasnik koji se odvaja od membranaskog PIP2 i ulazi u citosol gde se

vezuje za svoje receptore koji su ustvari kanali za Ca2+

koji se nalaze na ER i koji su srodni

ryanodinskom receptoru koji se nalazi na membrane sarkoplazmatiĉnog retikuluma. Receptor je

tetramer i svaku jedinicu kodira bar 3 gena što ukazuje na veliki diverzitet. Receptori mogu da

fosforilišu protein-kinaza A, PKC i Ca-zavisne protein kinaze. Ca2+

izlazi iz unutarćelijskih

depoa, povećava se konc. Ca2+

u citosolu. To povećanje moţe biti tranzitorno (povećava se konc.

i odmah se smanjuje) i perzistentno. Perzistentno se odvija u talasima (povećava se, smanjuje se,

povećava se) što je regulisano povratnom spregom, tj. Ca2+

sam sebe reguliše: kada je visoka

54

konc.Ca2+

dolazi do smanjenja (ubacivanja u unutarćelijske depoe) i obrnuto. Osim IP3 na

povećanje konc. Ca moţe da utiĉe i cikliĉna- ADP- riboza. Ona moţe na neki naĉin da se veţe i

da otvori ove kanale i da dovede do povećanja konc. Ca u ćeliji. Rekli smo kada smo govorili o

jonskim kanalima, da je Ca preteţno ekstraćel.katjon i da je vaţno da ga ima malo u ćeliji jer

njegovo povećanje dovodi do brojnih procesa kao što su egzocitoze – granula sa enzimima

pankreasa, egzocitoze granula sa hormonima, neurotransmiterima, na taj naĉin se vrši sekrecija

insulina; bilo kakve kontrakcije mišića, oslobaĊanje histamina, agregacije trombocita… Ca ne

ostvaruje te efekte direktno već se uglavnom vezuje za protein koji se zove kalmodulin. Za ovaj

protein se vezuju 4 Ca, dolazi do konformacionih promena i takav protein moţe da se veţe za

inaktivne proteine citosola ĉime ih aktivira. Tako se aktivira fosfodiesteraza koja vrši razgradnju

cGMP-a.

Najĉešće se kalmodulin vezan sa Ca vezuje za sledeću grupu kinaza koje se nazivaju

kalmodulin zavisne protein kinaze. To su protein kinaze sa serin-treonin aktivnošću koje vrše

fosforilaciju nizvodnih protein na serinskim i treoninskim ostacima. Primer jedne takve kinaze je

MLCK (kinaza lakog lanca miozina). Na nju deluje kalmodulin za koji je vezan Ca i dovodi do

aktivacije ove kinaze. Primer kalmodulin zavisne protein kinaze je i β subjedinica kinaza

glikogen fosforilaze (od koje kreće ceo put…u kojim se odvija glikoliza)

CAM kinaza II (kalmodulin zavisna kinaza II) je vaţna jer aktivira tirozin-hidroksilazu (TH) koji

uĉestvuje u sintezi kateholamina (limitirajući enzim u sintezi svih kateholamina) i reguliše njihov

nivo.

Terminacija procesa : Ca ne moţe da egzistira u citosolu već se uklanja SERCA pumpom

(višak Ca upumpava u ER ili sarkoplazmatiĉni retikulum), PMCA (plazmomembranska pumpa

za Ca-ispumpava Ca, upumpava protone), NCX ( izmenjivaĉ Na I Ca -izbacuje Ca, ubacuje Na u

smeru gradijenta koncentracije zahvaljujući Na/K/ATPazi).

Zašto je bitan još Ca? Jako je vaţno da kada se Ca oslobodi aktivira drugi enzim- protein

kinazu C. PKC je inaktivna i nalazi se u citosolu, da bi se aktivirala mora da se translocira u

membranu. U pitanju je Ca-zavisna kinaza jer je Ca taj koji omogućava njenu translokaciju. Ona

se sad translocira, to se odvija posle jednog minuta, translocira se u membranu gde je sad aktivira

DAG (koji ostaje u membrane kao sekundarni glasnik).

55

PKC je serin-treonin kinaza. Postoje 3 familije koje su razvrstane u ove famile na osnovu

membranskog fosfatidilserina sa jedne strane i zahteva protein kinaza za Ca,tj.DAG. Forbol estri

mogu da aktiviraju PKC, odnosno da je drţe translociranu u membrane I aktiviranu ĉak I u

odsustvu DAG-a. Forbol estri su biiljnog porekla i predstavljaju promotore tumora koji mogu da

aktiviraju PKC. Glavni supstrat PKC je MARCKS (miryistoylated alanine rich C kinase

supstrat). To je kiseli protein koji sa jedne strane ima mesto za fosforilaciju od strane PKC a sa

druge mesto kojim se vezuje za kalmodulin i za aktin. Kada je vezan za membranu, ona

predstavlja most izmeĊu aktina i ćel.membrane i na neki naĉin uĉestvuje u regulaciji oblika

ćelije. Kada je MARCKS defosforilisana, ona je vezana za membranu i vezana za aktin; njena

fosforilacija dovodi do toga da se ona translocira u citosol. Vazna je jer obezbeĊuje oblik ćelije.

PKC osim što ima negenomske efekte, moţe da moduliše transkripciju i na taj naĉin moduliše

transkripciju dena za involukrin- to je protein koji se nalazi u keratinocitama. PKC najĉešće

fosforilišu P-CAF factor koji je vezan za P300/CBP transkripcioni koaktivator. Zbog toga forbol

estri predstavljaju tumor promotore. Forbol estri mogu da aktiviraju PKC I bez DAG-a I na taj

naĉin, budući da PKC ima genomske efekte (posebno deluju na P-CAF faktor ), ostvaruju

dejstvo promotora tumora.

Signalni put preko eikozanoida

Eikozanoidi nastaju delovanjem serije enzima na arahidonsku kiselinu. Arahidonska

kiselina je prekursor ovih sekundarnih glasnika i ona je u stvari produkt hidrolize fosfolipida

membrane. Arahidonska kis. nastaje delovanjem fosfolipaze A2 koja iseca fosfolipide na

odreĊenom mestu. Na arahidonsku kis.deluje serija enzima I nastaju eikozanoidi. Oni se tako

zovu jer imaju 20 karboksilinh atoma (eikos je 20 na grĉkom). Ukljuĉeni su u spektar fizioloških

funkcija: utiĉu na alergijse reakcije, imaju vazomotorno dejstvo (neki su vazodilatatori, neki

vazokonstriktori), utiĉu na sekreciju ţeludaĉnog soka, na agregaciju trombocita…

Enzimi koji prevode arahidonsku kis u signalne molekule su:

1. Ciklooksigenaze – dovode do stvaranja tromboksana, prostaglandina i prostociklina

2. 5-Llipooksigenaze – dovode do stvaranja leukotriena i HETE

3. Epoksigenaze (citohrom P-450 0ksidaze) koje stvaraju druge HETE

56

Leukotrieni su medijatori alergijskih reakcija (odgovorni su za ostvarivanje simptoma

astme, psoriaze, rinitisa). Druge HETE koje stvaraju epoksigenaze uĉestvuju u formiranju plaka,

oslobaĊanju Ca i vazoaktivni su agensi.

Ligandi koji omogućavaju oslobaĊanje arahidonske kis. iz membranskih fosfolipida:

1. Kada se govori o direktnom putu radi se o serotoninu preko serotoninskih receptora 2,

glutamin preko metalotropnog GLUT1 receptora, faktora rasta, faktora rasta fibroblasta, IFN-γ,α.

Aktiviraju receptore spregnute sa G proteinom, aktiviraju protein Gi/G0 ĉija verovatno βγ

subjedinica direktno stimuliše fosfolipazu A2, ali je verovatnije da se ipak indirektno fosfolipaza

A2 aktivira preko MAP kinaze koja fosforiliše serinske ostatke PLA.

2. Indirektni put: preko DAG-a; dopamin se vezuje za svoje D2 receptore, adenozin za A1

receptore, noradrenalin preko α2 receptora i serotonin preko serotoninskih receptora tipa 1.Oni

aktiviraju fosfolipazu Cβ koja deluje na DAG i dovodi do stvaranja arahidonske kis. DAG

aktivira DAG-lipazu koja dovodi do stvaranja monoacil-glicerola koji ostaje u membrani i

arahidonske kis.

Svi faktori koji povećavaju konc. Ca, a koji stimulišu fosfolipazuA i svi signalni putevi koji

aktiviraju MAP kinazu- svi oni dovode do stvaranja arahidonske kis.

Ciklooksigenaza je bifuncionalni enzim. Ima ciklooksigenaznu aktivnost i mogućnost

peroksidacije i na taj naĉin stvara tromboksane, prostaglandine i prostacikline. Preko svoje

cikloogsigenazne aktivnosti ona prevodi arahidonsku kis. U prostaglandin G2 koji zatim

peroksidaznom aktivnošću prevodi u prostaglandin H2. Postoje dve izoforme ovog enzima:

ciklooksigenaza 1 i ciklooksigenaza 2. Obe imaju karakteristiĉno katalitiĉko mesto koje ima

oblik dugog hidrofobnog tunela. COX-1 je konstitutivno eksprimirana izoforma (stalno je

eksprimirana) i kada na nju deluje aspirin on je ireverzibilno inhibira tako što acetiluje serin na

vrhu tunela (tj.katalitiĉkog mesta) i upravo na ovaj naĉin aspirin ispoljava nepovoljno dejstvo na

ţeludac (stare generacije aspirina dovodile do nastanka ţeludaĉne kiseline i ĉira). Nova

generacija aspirina je usmerena na COX-2 koja se indukuje inflamacijom i svoja

antiimflamatorna dejstva aspirin i diklofen ostvaruju na COX-2 izoformu. Kako podiţemo i

spuštamo temperaturu ako popijemo aspirin? Prostaglandin E2 baţdari taĉku u hipotalamusu (na

370 C). Inflamacija dovodi do eksprimiranja COX-2 koji dovodi do nastanka prostaglandina E2,

raste njegova konc.u ćeliji i povećava se baţdarna taĉka. Mi tada produkujemo toplotu, drhtimo i

57

podiţemo temperaturu na 39,40. Aspirin deluje na COX-2 izoformu, smanjuje se konc. E2 kao i

baţdarna taĉka. Mi bivamo obavešteni o tome i oslobaĊamo se toplote znojenjem. Male doze

aspirina se koriste kao prevencija od infarkta miokarda.

Srĉani bolesnici svaki dan piju male doze aspirina jer one inhibiraju stvaranje trombocita

od strane tromboksana A2. Tromboksan A2 je vazokonstriktor,on omogućava agregaciju

trombocita i njihovo oslobaĊanje. Prostaglandini takoĊe utiĉu na oslobaĊanje trombocita,

vazokonstriktori su, utiĉu na oslobaĊanje renina, imaju ulogu u inflamaciji, vazoaktivni su

agensi. Vazoaktivnu aktivnost ostvaruju kod fetalnog krvotoka: neki krvni sud je otvoren samo

kod fetusa i omogućava da krv ne odlazi u pluća koja su zatvorena već direktno iz desne komore

prebacuje u aortu zahvaljujući ductus-u arteriosus-u koji je raširen zahvaljujući prostaglandinu

E2 kojeg kod fetusa ima 5 puta više. Ĉim se beba rodi, koncentracija se spušta na normalu.

Prostaglandin E2 ima ulogu u inhibiranju Na/K ATPaze u bubrezima.

Prostociklini su inhibitori agregacije trombocita i vazodilatatori.

Jonotropni receptori ili ligand zavisni jonski kanali

Ligand zavisni jonski kanali, dakle transmembranski proteini koji se sastoje iz nekoliko

subjedinica. Najĉešće su pentameri. Svaki pentamer je graĊen od 4 transmembranska segmenta.

U pitanju su receptori za serotonin, acetilholin. GABA-u, glicin....

Primer je nikotinski receptor za acetilholin koji u stvari predstavlja kanale za Na, tj. K.

Sastoji se iz 2α,β,γ i δ subjedinice. Svaka subjedinica ima 4 transmembranska segmenta. M2

transmembranski segment formira poru kroz koju prolaze Na i K. Α alfa subjedinica vezuje

ligand (on se vezuje za ekstraćelijski amino kraj). 2 acetilholina se veţu za 2 α subjedinice i na

taj naĉin se otvara kanal. Pr. Receptor za IP3 je u stvari kanal za Ca koji se nalazi na ER-u i

srodan je kanalu za Ca koji je na sarkoplazmatiĉnom retikulumu, dakle to je onaj guanozinski

receptor.

58

Sinaptička transmisija

SLIDE 2:

ISTORIJAT FIZIOLOGIJE SINAPSE

Kada je prvi put poĉela uopšte da se izuĉava sinapsa? 1900. god. zaĉinje se fiziologija

sinapse kada je ustanovljeno da ekstrakt nadbubreţnih ţlezda ostvaruje isti efekat na

frekvenciju srca kao stimulacija SNS. Posle par godina (1904) Eliot je ustanovio da se na

krajevima SNS otpušta supstanca koja je sliĉna adrenalinu.

1921. god. Otto Loewi je ustanovio da stimulacija n.vagusa dovodi do usporavanja rada srca

ţabe u kupatilu. Isti efekat postiţe se perfundovanjem srca fiziološkim rastvorom iz

stimulisanih komora, a supstancu koja postiţe taj efekat nazvao je vagusstoff.

Zatim, Henry Dale je ustanovila da isti neurotransmiter (Ach) ima inhibitorni efekat u sinapsi

srca, a stimulatorni u sinapsi izmeĊu motornog nerva i skeletnog mišića (u nervno-mišićnoj

sinapsi).

Za otkrića Otto Loewi i Sir Henry Dale dodeljena je Nobelova nagrada za medicinu 1936.

god.

59

1959. god. Furshpan i Potter su prvi dali direktne dokaze o postojanju elektriĉne sinapse.

Radili su eksperimente na nervu jastoga i ustanovili su da depolarizacija presinaptiĉkog

abdominalnog nerva jastoga dovodi do ekscitacije motornog nerva, koji inerviše rep.

Već 1960. godine postoje prvi dokazi da ćelije koriste i elektriĉni i hemijski modalitet u

medjusobnom komuniciranju.

Danas, znamo da postoje elektriĉne i hemijske sinapse. Direktna elektriĉna veza uspostavlja

se preko koneksona, a hemijska sinapsa preko neurotransmitera.

SLIDE 3:

ELEKTRIĈNA SINAPSA

Razlike izmedju elektriĉne i hemijske sinapse: prvo, elektriĉna sinapsa momentalno deluje, a

za hemijsku sinapsu je karakteristiĉna zakasnela propagacija signala (za oko 1 ms). Ono što

još karakteriše elektriĉnu sinapsu je da je pukotina uska, dok je kod hemijske sinapse

pukotina znaĉajno veća. Dakle, elektriĉna sinapsa se uspostavlja zahvaljujući sistemu

koneksona i bidirekcionalna je (u zavisnosti od potencijala membrane moţe da se sprovodi u

jednom ili drugom smeru). Postoje i polarizovane elektriĉne sinapse (uniderekcionalna) koje

zavise od gradje koneksona.

SLIDE 4:

HEMIJSKA SINAPSA

Hemijsku sinapsu karakeriše oslobadjanje neurotransmitera. U hem. sinapsi uĉestvuju dve

ćelije. Ona je polarizovana (unidirekcionalna, jednosmerna) u smislu propagacije signala

(presinaptiĉki ka postsinaptiĉkom završetku), ali se moţe modulisati dvosmerno (kasnije

objašnjenje).

Dakle, da bi hem. sinapsa funkcionisala treba prvo da se sintetišu neurotransmiteri i da se

spakuju u sinaptiĉke vezikule. Nakon stvaranja AP dolazi do depolarizacije koja dovodi do

otvaranja voltaţno zavisnih kanala za Ca2+

. Sada Ca2+

ulazi u presinaptiĉki završetak što

omogućava fuziju vezikule sa membranom. Neurotransmiter se oslobadja u sinapsu,

difunduje, vezuje se za svoje receptore na postsinaptiĉkoj ćeliji i aktivira se postsinaptiĉka

ćelija. Naravno, mora da dodje do terminacije odgovora. Neurotransmiter se uklanja iz

sinapse enzimskom razgradnjom, preuzimanjem u presinaptiĉki završetak ili difunduje iz

sinapse. Postoji veliki diverzitet u funkcionalnoj specijalizaciji i regulaciji. Prvo, kada

govorimo o prirodi neurotransmitera. Onda kada govorimo o naĉinu pakovanja vezikule.

Diverzitet postoji i u pogledu receptora na postsinaptiĉkoj ćeliji, a mogu i razliĉitim

signalima da se pokrenu odgovori ćelije.

SLIDE 5:

NEUROTRANSMITERI

60

Koji su to neurotransmiteri?

1. Amino kiseline (glutaminska kiselina - vaţan inhibitorni neurotransmiter, γ amino

buterna kiselina - vaţan inhibitorni neurotransmiter i glicin - inhibitorni neurotransmiter).

2. Monoamini (acetilholin, serotonin i histamini)

3. Kateholamini (dopamin, adrenalin, noradrenalin)

4. Peptidi (tu se nalaze i endogeni opioidi, enkefalin itd.)

5. Derivati purina (npr. ATP)

6. NO se takodje smatra neurotransmiterom. Na specifiĉan naĉin se sintetiše i otpušta (u

ćeliju i iz ćelije). Kao kandidat za neurotransmitera se pojavljuje i CO. Medjutim, još uvek je

pod znakom pitannja da li moţemo da ga svrstamo u neurotransmiter.

SLIDE 6:

SINAPTIĈKA VEZIKULA

Kako se sintetišu neurotransmiteri? Kako dolazi do egzocitoze sadrţaja vezikula?

Vezikularni peptidi, enzimi i prekursori neurotransmitera sintetišu se na granuliranom

endoplazmatiĉnom retikulumu tela neurona i usmeravaju se u Goldţijev aparat. Nastala

nascentana sinaptiĉka vezikula se transportuje brzim aksonskim transportom u nervni

završetak, preko sistema mikrotubula. Razlikuje se sudbina neurotransmitera tj. da li su

neurotransmiteri peptidni ili ne-peptidni. Sinaptiĉke vezikule sa peptidnim

neurotransmiterima se, po dolasku u nervni završetak, kaĉe za aktinski citoskelet. Nepeptidni

neurotransmiteri se sintetišu po dolasku u nervni završetak i kaĉe za aktinski citoskelet.

Znaĉi, kada je sinaptiĉka vezikula zakaĉena za aktinski citosleket ona je zrela sinaptiĉka

vezikula i spremna je za ukotljavanje i Ca2+

zavisnu egzocitozu.

SLAJD 7.

Za sintezu neuropeptidnih neurotransmitera koji se sintetišu u nervnom završetku neophodni

su vakuolarna protonska pumpa (vodoniĉna ATPaza) koja se nalazi u vezikuli i predstavlja

jedan sloj proteina vezikule koji se sintetiše na granuliranom ER i transporter

neurotransmitera koji izmenjuje neurotransmitere i protone.

Vakuolarna ATPaza ubacuje protone u vezikulu i na osnovu gradijenta koncentracije ali i pH

koji se stvara u vezikuli, aktivira se transporter neurotransmitera koji izmenjuje

neurotransmitere za protone. I u principu ovi transmiteri za neurotransmitere su specifiĉni za

razliĉite neurotransmitere, npr. za Ach, monoamine, kateholamine, glutamat, GABA.

Koji su to još proteini vezikule koji se nalaze i koji su sintetisani na granuliranom ER? To su

takozvani membranski proteini vezani za vezikulu (VAMPs) i prvi VAMP je SV2 (protein

sinaptiĉke vezikule 2). Što se tiĉe graĊe, vrlo liĉi na transportni protein, ima 12

61

transmembranskih domena, ali to nije njegova uloga. On utiĉe na sinaptiĉku transmisiju i na

prvom i sedmom transmembranskom domenu ima ATP-vezujuća mesta, što ukazuje na to da

povezuje da povezuje ćelijski metabolizam i egzocitozu.

Sledeći VAMP je sinaptobrevin ili v-SNARE (v jer se nalazi na vezikuli, SNARE jer su

receptori za SNAP). Gap3 je GTPazni molekul, sinaptotagmin je senzor, odnosno receptor za

kalcijum, koji registruje povećanje kalcijuma i okida egzocitozu neurotransmitera, a za

sinaptofizin se smatra da formira poru tokom egzocitoze. Sinapsine fosforilišu cAMP-

zavisne i CaM zavisne kinaze i time ih inhibiraju, pa se oni otkaĉinju od aktinskog

citoskeleta i takoĊe doprinose egzocitozi.

SLAJD 8.

Kada imamo sintetisane neurotransmitere i vezikulu koja sadrţi sve pomenute proteine (na

slajdu 7), ukljuĉujući i sinaptobrevin i sinaptotagmin, ona se pribliţava membrani gde će se

izvršiti fuzija sa membranom. Tu se nalaze dva proteina, SNAP25 i sintaksin. Sintaksin je t-

SNARE, jer je t od target, odnosi se na ciljnu membranu, a što se tiĉe SNAP25, to je protein

od 25 kD Synaptosome-associated protein koji se vezuje za membranu pomoću palmitoil

grupe. U ovom trenutku je sintaksin vezan za n-Sec-1.

n-Sec-1 na sledećoj slici disosuje od sintaksina i omogućuje da se formira kompleks

sintaksina i SNAP25 koji stiĉe mogućnost da se veţe za sinaptobrevin na vezikuli. Slobodni

krajevi ovih molekula se uvrću jedni oko drugih.

Na sledećoj slici, izuzetno stabilan kompleks sintaksina, SNAP25 i sinaptobrevina se zateţe,

vuĉe i pribliţava vezikulu membrani gde će doći do stvaranja pore i njene sa ciljnom

membranom.

Otvaraju se kanali za kalcijum, povećava se koncentracija kalcijuma koja regrutuje

sinaptotagmin (funkcioniše kao senzor za kalcijum). MeĊutim, fuzija se ne odigrava bez

uĉešća GTP-vezujućeg proteina Rab3, koji se ukljuĉuje u komunikaciju izmeĊu SNARE

proteina.

Sledeći korak je vezivanje solubilne α-SNAP i ATPaze NSF koja hidrolizuje ATP i koristi

ovu energiju za rasturanje kompleksa, tako da opet imamo poĉetni ciklus. SNAP25 i

sintaksin su slobodni za narednu vezikulu, a sinaptobrevin i sinaptotagmin recikliraju tu

novu vezikulu.

SLAJD 9.

Uklanjanje neurotransmitera iz sinapse je takoĊe vaţan proces jer ne sme da se dozvoli da

neurotransmiter stoji u sinapsi i aktivira, bilo koji proces da je u pitanju. Neurotransmiteri se

sintešu, preko specifiĉnih transportera se unose u vezikulu. Ovde je u pitanju vezikularni

acetilholinski transporter koji ubacuje sintetisani acetilholin u nervnom završetku u

sinaptiĉku vezikulu. Zatim dolazi do egzocitoze zahvaljujući proteinima koje smo pominjali i

62

neurotransmiter se vezuje za svoje receptore na postsinaptiĉkoj membrani, a moţe da se veţe

i za svoje receptore na presinaptiĉkoj membrani.

Acetilholin uklanja Ach-esteraza koja ga razlaţe na holin i acetil i holin se opet preuzima u

presinaptiĉki završetak pomoću Na-zavisnog transportera holina koji pripada familiji

transpotera specifiĉnih za kateholamine, serotonin, GABA, glicin, a koji vrši kotransport sa

Na+ ili Cl- jonima. Druga grupa transpotera obavlja transport glutamata i aspartata zajedno

sa jonima Na+ i H+, a ponekad i K+.

Što se tiĉe Ach-esteraze, postoji više podela, ali je ona podelila na dve forme: globularnu G

formu i asimetriĉnu A formu. Globularna forma je solubilna ili vezana preko GPI za

membranu i javlja se u vidu monomera, dimera ili tetramera, dok asimetriĉnu formu ĉini 1-3

tetramera G forme i najpoznatija je najveća forma sa 3 tetramera koja se sastoji od 12

subjedinica i nalazi se na neuro-mišićnoj sinapsi.

SLAJD 10 I 11

Holinergiĉka sinapsa

Što se tiĉe farmakoliogije holinergiĉne sinapse, ĉućemo neke nove stvari, i podsetiti se nekih

koje smo već ĉuli. Na slajdu sa leve strane vidimo blikatore Na kanala, tetrodotoxin i

saxitoxin, koji blokiraju depolarizacionu fazu AP i spreĉavaju oslobaĊanje Ach. Sa desne

strane vidimo Dendrotoxin, otrov crne mambe, koji blokira voltazno zavisne kanale za K, i

povećava oslobaĊanje Ach. Zatim, ω-konotoxin-to je otrov morskog puţa Conus

geographus, koji blokira N kanal za Ca. Šta je to beše N kanal? To je intermedijarni Ca

kanal, koji nema ni brzu ni sporu dinamiku otvaranja i zatvaranja. Sledeće ćemo pomenuti

neurotoxine bakterija Clostridium tetani i C. Botulinum. Neurotoxini B, D, F i G su

neuropetidaze koje isecaju sinptobrevin. Peptidaze botulinskog toxina A i E seku SNAP-25,

dok C1 seĉe syntaxin, ĉime spreĉavaju oslobaĊanje Ach. To su bili toxini koji utiĉu na

presinaptiĉki završetak, i na neki naĉin spreĉavaju oslobaĊanje Ach. Sledeća meta naših

lekova je Ach esteraza, enzim koji razlaţe Ach. Ireverzibilni inhibitori AchE su nervni gas

DFP (diizopropilfluorofosfat) i insekticid malation. Oni reaguju sa Ser ostatkom enzima i

nepovratno ga menjaju povećavajući koliĉinu Ach u sinapsi. Na ovaj enzim utiĉu i neki

prirodni inhibitori, kao što je anatoxin, poreklom iz cijanobakterija Anabene, koji je

odgovoran za trovanje ţivotinja koje piju zagaĊenu vodu. Prirodni inhibitor je i fascikulin

otrova mambe. Zatim imamo mikro konotoxin, takoĊe smo ga pominjali, to je otrov morskog

puţa koji blokira kanal za Na na skeleletno-mišićnim ćelijama, a ne deluje na kanale u

nervima. On deluje na nivou postsinaptiĉke strane. Stigli smo dakle do receptora. Blokator

nikotinskog receptora je α-Tubocurarin, sasatojak je kurare otrova iz biljke Strychnos, kojim

su pripadnici plemena Amazona mazali strele. Vezuje se za 2 aktivaciona mesta α-

subjedinice N1 AchR. Efekat kurare otrova poništava Ach, i biljni alkaloid Physostigmin

inhibira AchE i povećava koliĉinu Ach u sinapsi. To je znaĉi prirodni agonist AchR koji je u

63

kompeticiji za vezivanje. Postoje još 2 toxina, α-bungarotoxin, otrov zmija Bungarus

multicinctus, koji obstuira mesto vezivanja Ach za AchR. Drugi je k-bungarotoxin, koji na

isti naĉin deluje, samo na AchR u mozgu, a ne u mišićima. Šta je još interesantno, malopre

pomenuti fizostigmin, razvijen je lek neostigmin, sintetiĉki blokator AchE. Koristi se kao

terapija kod miastenije gravis. Koji je mehanizam delovanja neostigmina-AchE dok razlaţe

Ach, javlja se uvek jedno intermedijerno jedinjenje, acetilovana AchE, meĊutim, kada se

neostigmin veţe za AchE, on je blokira jer nastaje karbamil AchE, ona ostaje neka 4 h, tako

da je inhibicija neostigminom reverzibilna, i kratko traje. MeĊutim, ovaj enzim moţe biti

ireverzibilno blokiran, što se postiţe delovanjem DFP, koji u stvari predstavlja sarin bojni

otrov, koji je pronaĊen u Nemaĉkoj '38, i dobio je naziv prema prvim slovima imena

nauĉnika koji su ga otkrili. Dosta je korišćen u Drugom svetskom ratu, on je odgovaoran za

onu katastrofu u metrou u Tokiu kada je umrlo 15-ak ljudi. Znaĉi on je vrlo opasan jer

ireverzibilno blokira AchE. Što se tiĉe AchR, njegov prirodni agonist je Ach koji se vezuje

za nikotin. Nikotinski receptori su odgovorni za zavisnost od duvana. Za ovaj receptor se

vezuju još 2 jedinjenja, suicinilholin i karbamilholin, vrlo sliĉne strukture, 2 holina vezana za

sukcinil grupom, odnosno za holin vezana karbamil grupa. Pošto su sliĉni Ach, na isti naĉin

ga aktiviraju, deluju na AchR, otvaraju ih. Ova 2 jedinjenja ne mogu da se uklanjaju pomoću

AchE. Ovaj sukcinilholin se dosta koristi u operacijama kao relaksant, dodaje se anesteziji

kao agens koji dovodi do relaxacije mišića, kod operacija kod kojih je potrebno da mišići

budu relaxirani.

SLAJD 12

Bolesti vezane za holenergiĉku sinapsu

Već smo pominjali Lambert Eatonov sindrom, to je autoimunsko oboljenje, koje nastaje

usled stvaranja antitela na presinaptiĉke kanale za Ca2+. Uglavnom pogaĊa mišiće

ekstremiteta.

Myasthenia gravis (grĉ.mys - mišić, asthenia - slabost mišića) nastaje usled stvaranja

autoantitela na receptore za Ach, ali se ova autoantitijela stvaraju na AchR koji se nalazi na

timusu. Najĉešće se javlja kod mlaĊih ţena zbog hiperplazije timusa, a kod starijih

muškaraca nastaje usled kancera timusa. Dakle, sve to što podstiĉe hiperplaziju timusa utiĉe i

na stvaranje autoantitijela na AchR na timusu, kasnije se ova antitijela sele i na mišiće, i

postoje dvije forme ove bolesti u zavisnosti od tipa ciljnih mišića: jedna ciljna grupa su

ekstraokularni mišići, druga ciljna grupa su skeletni mišići.

Antitela najĉešće na MIR region α subjedinice. Sad je jasno zbog ĉega se neostigmin koristi

u terapiji ove bolesti.

Sledeće oboljenje vezano za holinergiĉku sinapsu je Kongenitalni miastenični

sindrom - nasledna bolest koju karakteriše poremećaj zatvaranja AChR zbog taĉkaste

64

mutacije koja dovodi do zamene Thr sa Pro na 264. mjestu ε subjedinice (u M2 domenu koji

formira poru).

Maligna hipertermija nasledni poremećaj 1/10.000-50.000 kod kojih udisanje anestetika,

kao što je halotan dovodi do otvaranja, a zatim potpune blokade nikotinskog AChR što se

manifestuje mišićnom rigidnošću, hipertermijom i tahimetabolizmom. Simptomi proistiĉu iz

prekomerne ATP hidrolize. Bolest je rezultat mutacije u genu za receptor za Ca2+ na SR

(RYR1- rijanodinski receptor).

SLAJD 13

Farmakologija monoaminergiĉke sinapse

Kada govorimo o ovim sinapsama najprije govorimo o dopaminu, noradrenalinu i

serotoninu. Dopamin i noradrenalin su kateholamini, nastaju iz piridina pod dejstvom enzima

tirozin-hidroksilaze. Prošli put sam pominjala Tyr-hidoksilazu kao limitirajući enzim za

sintezu kateholamina, u kom kontekstu? CaM zavisna kinaza II aktivira limitirajući enzim

Tyr-hidoksilazu koja pretvara tirozin u L-DOPU. DOPA dekarboksilaza dovodi do stvaranja

dopamina, a enzim dopamin β-hidroksilaza (DBH) dopamin pretvara u noradrenalin. Oni se

pakuju u vezikule, a s druge strane preko triptofana pod dejstvom triptofan hidroksilaze

nastaje 5-hidroksitriptofan koji se prevodi u serotonin takoĊe vaţan neurotransmiter.

Poremećaji nivoa ova tri transmitera naroĉito u limbiĉkom sistemu, prefrontalnom korteksu i

gornjem dijelu moţdanog stabla dovode do poremećaja. Limbiĉki sistem utiĉe na ponašanje,

naroĉito na ponašanje u smislu agresivnosti, straha, utiĉe na seksualne f-je i procese

memorisanja. Ĉine ga hipokampus, bademasta jedra koja su preko fornixa povezana sa

hipotalamusom (SLAJD 14). Smanjenje pomenutih transmitera u sinapsi dovodi do

depresije.

Depresija je bolest koja je danas veoma raširena u svijetu. Statistika pokazuje da 15-17

miliona Amerikanaca pati od ove bolesti. Ĉešća je kod ţena nego kod muškaraca, starosti od

25-45 godina, i što je najgore ta granica je pomjerena, dešava se da se javlja i kod djece od

5te godine. Simptomi depresije su potpuno odsustvo ţelje za ţivotom, odsustvo ţelje za bilo

kakvim aktivnostima, hiperfagija ili afagija (prekomjereno uzimanje hrane ili odsustvo ţelje

za hranom), prekomjereno spavanje ili odsustvo potrebe za snom (SLAJD 15). Kako

smanjenje pomenutih transmitera u sinapsi dovodi do pojave depresije veoma je razvijena

industrija ljekova koji se koriste u terapiji ove bolesti. 50-ih godina prošlog vijeka prva

kombinacija ljekova zasnivala se na inhibiciji MAO (monoamonoksidaza). MAO je enzim

koji vrši oksidativnu dezaminaciju kateholamina, razlaţe ih, a pošto je cilj da saĉuvamo

kateholamine u sinapsi vidjećemo kasnije zašto je promjenjena generacija ovih ljekova kao

što je npr. selagilin. Poslije nekih 10-ak godina razvija se nova grupa ljekova – tricikliĉni

antidepresivi (TCAs). Oni su selektivni inhibitori preuzimanja noradrenalina, koji djeluju na

NET (transporter za noradrenalin). Prosto blokiraju transporter, spreĉavaju preuzimanje

65

noradrenalina i tako noradrenalin ostaje u sinapsi. Najnovija generacija ljekova - selektivni

inhibitori preuzimanja serotonina (SSRI). Dva lijeka na kojima Amerikanci šive su Prozak i

Zoloft koji djeluju na transporter za serotonin, spreĉavaju njegovo preuzimanje, i Ser ostaje u

normalnoj koliĉini u sinapsi (SLAJD 16 i 17).

SLAJD 18:

Da vidimo sada zašto su se inhibitori monoaminooksidaze pokazali kao neefikasni lekovi.

Monoaminooksidaza postoji u dve forme: A i B. MAO-A vrši oksidativnu deaminaciju

serotonina, noradrenalina i adrenalina, dok oksidativnu deaminaciju dopamina podjednako

efikasno vrše obe forme, i MAO-A i B. O ovom enzimu priĉamo jer je niz poremećaja i

bolesti vezano za njega. 1993. Bruner je opisao sindrom koji je po njenu I nazvan

BRUNNEROV SINDROM. To je retko nasledno oboljenje koje nastaje usled mutacije gena

za MAO-A, i manifestuje se blagom mentalnom retardacijom (i poznate su u svetu ĉitave

porodice koje nose ovaj fenotip), problematiĉnim agresivnim ponašanjem, hiperseksualnošću

i sve je to uslovljeno povećanjem dopamina, serotonina i adrenalina u mozgu-naruĉito u

limbiĉkom sistemu koji je odgovoran I za seksualnost, agresivno ponašanje… Zatim su

2002.god raĊene velike studije na zlostavljanoj deci, i ustanovljeno je da deca koja imaju

nisku MAO aktivnost razvijaju antisocijalno ponašanje za razliku od dece kod kojih je ovaj

enzim normalno aktivniji. Dalje se ustanovilo da je niska aktivnost MAO u mogućoj je vezi

sa shizofrenijom (grĉ. skhizein - podeliti; phrēn - pamet), jer ta niska aktivnost podrazumeva

povećanje dopamina i time se povećava njegovo delovanje na D2 receptore i dovodi do

simptoma ove bolesti: halucinacija, paranoja, bizarnih deluzija, dezorganizovanih misli i

govora, znaĉajne socijalne i poslovne disfunkcije. Zatim, visoka aktivnost MAO moţe da

dovede do simptoma MDD depresije jer se na taj naĉin uklanjaju kateholamini. MeĊutim,

MAO inhibitori su napušteni jer oni mogu dovesti do serotoninskog sindroma: do

nagomilavanja serotonina koji dovodi do hipertenzije, hipertermije, drhtanja, znojenja.

TakoĊe je dokazano i da pušenje dovodi do deplecije MAO- još jedan razlog da se ostave

cigare.

Particular attention has been paid to the function of dopamine in the mesolimbic

pathway of the brain. This focus largely resulted from the accidental finding that

phenothiazine drugs, which block dopamine function, could reduce psychotic symptoms. It is

also supported by the fact that amphetamines, which trigger the release of dopamine, may

exacerbate the psychotic symptoms in schizophrenia.[48] The influential dopamine

hypothesis of schizophrenia proposed that excessive activation of D2 receptors was the cause

of (the positive symptoms of) schizophrenia. Although postulated for about 20 years based

on the D2 blockade effect common to all antipsychotics, it was not until the mid-1990s that

PET and SPET imaging studies provided supporting evidence. The dopamine hypothesis is

now thought to be simplistic, partly because newer antipsychotic medication (atypical

66

antipsychotic medication) can be just as effective as older medication (typical antipsychotic

medication), but also affects serotonin function and may have slightly less of a dopamine

blocking effect.[49] Interest has also focused on the neurotransmitter glutamate and the

reduced function of the NMDA glutamate receptor in schizophrenia, largely because of the

abnormally low levels of glutamate receptors found in the postmortem brains of those

diagnosed with schizophrenia,[50] and the discovery that glutamate-blocking drugs such as

phencyclidine and ketamine can mimic the symptoms and cognitive problems associated

with the condition.[51] Reduced glutamate function is linked to poor performance on tests

requiring frontal lobe and hippocampal function, and glutamate can affect dopamine

function, both of which have been implicated in schizophrenia, have suggested an important

mediating (and possibly causal) role of glutamate pathways in the condition.[52] But positive

symptoms fail to respond to glutamatergic medication.[53] A common side effect associated

with schizo-affective patients, known as akathisia (mistaken for schizophrenic symptoms),

was found to be associated with increased levels of norepinephrine.[54]

Serotoninski sindrom Symptom onset is usually rapid, often occurring within minutes.

Serotonin syndrome encompasses a wide range of clinical findings. Mild symptoms may

only consist of increased heart rate, shivering, sweating, dilated pupils, myoclonus

(intermittent tremor or twitching), as well as overresponsive reflexes.[1] Moderate

intoxication includes additional abnormalities such as hyperactive bowel sounds, high blood

pressure and hyperthermia; a temperature as high as 40 °C (104 °F) is common in moderate

intoxication. The overactive reflexes and clonus in moderate cases may be greater in the

lower limbs than in the upper limbs. Mental status changes include hypervigilance and

agitation.[1] Severe symptoms include severe increases in heart rate and blood pressure that

may lead to shock. Temperature may rise to above 41.1 °C (106.0 °F) in life-threatening

cases. Other abnormalities include metabolic acidosis, rhabdomyolysis, seizures, renal

failure, and disseminated intravascular coagulation; these effects usually arise as a

consequence of hyperthermia.[1][3] The symptoms are often described as a clinical triad of

abnormalities:[1][5]

Receptori

SLAJD 20:

Receptor za acetilholin

Krećemo od receptora za acetilholin. Postoje dve vrste: nikotinski i muskarinski,pri ĉemu

jedni jonotropni a drugi metabotropni, tj. jedni su jonski kanali a drugi spregnuti sa G

proteinom. U mozgu ima 10 do 100 puta više muskarinskih nego nikotinskih receptora. To

je neurotransmiter nervno mišićne sinapse i autonomnog nervnog sistema. Ustanovljeno je

da postoje dva velika holinergiĉka sistema mozga, i to su bazalni kompleks prednjeg mozga

(koji inerviše hipokampus i koru-neokorteks) i pontomesencephalotegmentalni kompleks

67

(koji inerviše dorzalni talamus i deo prednjeg mozga i ukljuĉen je u smenu budnog stanja i

sna i u procese uĉenja). Što se tiĉe jonotropnih-u pitanju su jonski kanali od 5 subjedinica:

2α, β,γ,δ. Ove subjedinice su visoko konzervirane, i ĉak je 90% njihova sliĉnost kod

elektriĉnog organa Torpedo i fetusa sisara, dok kod adultnog receptora dolazi do zamene γ

subjedinice sa ε subjedinicom i njihov receptor se sastoji od 2α, β,ε,δ subjedinica. Svaku od

ovih 5 subjedinica ĉine 4 razliĉita transmembranska segmenta M1, M2, M3, M4.

Ekstracelularni amino kraj M1 domena je odgovoran za vezivanje acetilholina i svaka α

subjedinica veţe po jedan acetilholin. M2 domen formira poru i utiĉe na promet Na+,

odnosno K+. α subjedinica je kodirana sa 8 gena- AChRC skeletnog mišića kodirana je α1

genom, dok geni α2-α8 kodiraju α subjedinice eksprimirane u nervnom tkivu. Samo produkti

gena α1, α7 i α8 vezuju α-bungarotoksin. β subjedinicu kodiraju 4 gena- AChRC skeletnog

mišića kodira β1 gen, dok β2, β3 i β4 geni kodiraju tri izoforme neurona.

SLAJD21:

Nikotinski receptor

Nikotinski receptori su karakteristiĉni i za autonomni nervni sistem. Nikotinski receptori

postganglijskih neuronai simpatiĉkog NS i parasimpatiĉkog nervnog sistema su N2 tipa, za

razliku od N1 receptora nervno-mišićne sinapse. I jedan I drugi nikotinski receptor se

aktiviraju nikotinom I ACh, ali se samo N1 blokira kurare, na koji je N2 tip otporan. Dva

Ach se vezuju za po jednuα subjedinicu nikotinskih N2 receptora, što dovodi do otvaranja

kanala, ulaze Na+ i K

+( s tim što je dominantan ulazak Na

+) I dolazi do depolarizacije I

geneze akcionog potencijala.

Na krajevima postganglijskih neurona PSNS oslobaĊa se ACh, koji se vezuje za M2

muskarinske receptore ne efektornim ćelijama I dolazi do odvajanja α od βγ subjedinice, a βγ

subjedinica otvara GIRK K+ kanale što dovodi do hiperpolarizacije i BRADIKARDIJE.

Muskarinski receptori se aktiviraju muskarinom, alkaloidom otrovnih gljiva I po njemu su

dobili ime. Prvi put je izolovan još 1869. god. iz gljive Amanita muscaria. Pet razliĉitih gena

kodira pet subtipova muskarinskih receptora M1 – M5 sve ih podjenako aktiviraju muskarin i

ACh, a blokira atropin, pa su klasifikovani u odnosu na graĊu: treća citosolna pelja je sliĉna

kod M1, M3 i M5 koji su spregnuti sa Gαq/11 subjedinicom, dok su M2 i M4 imaju sliĉnu

citosolnu pelju i spregnuti su sa Gαi/0 subjedinicom.

SLIDE 22:

Tako isto ova priĉa, dve vrste muskarinskih receptora, spregnuti sa G proteinom, imaju 7

transmembranskih domena i sada M1,M3, M5 muskarinski receptori aktiviraju fosfolipazu C

što znaĉi IP3 i DAG, aktiviraju fosfolipazu A2, kanale za kalijum i kalcijum, fosfolipazu d,

protein kinaze sa tirozin kinaznom aktivnošću. M2, M4, kuplovani su sa Gαi/0 aktiviraju GIRK

kanale, inhibiraju AC i voltaţno zavisne kanale za Ca 2+

. Sada da vidimo kako to rade M2 i

M4. Dakle preko Gαi/0 subjedinice inaktiviraju katalitiĉku subjedinicu adenilat ciklaze što

68

znaĉi da dolazi do smanjenja cAMP, ali i s druge strane se podstiĉe razgradnja cAMP gdje

fosfodiesteraza, PDE2, preko cGMP-a, dakle cGMP podstiĉe PDE2, a koja s druge strane

povecava razgradnju cAMP. Što se tiĉe M1,M3, M5 receptora, oni svoju aktivnost ostavruju

preko Gq11, aktivira se fosfolipaza C koja razlaţe fosfatidin inozitol bifosfat, PIP2, koji bi

trebao da je u membrani i da ostaje u njoj, ovo je samo šema. IP3 sada dovodi do oslobaĊanja

kalcijuma, do aktiviranja kalmodulina i sada kalmodulin zavisne kinaze aktiviraju azot oksid

sintazu koja daje azot oksid koji pomaţe drugim receptorima i stvara PDE2. DAG aktivira

protein kinazu C, PKC, a kalcijum takoĊe aktivira kalmodulin zavisnu kinazu i dovodi do

procesa egzocitoze. Koji bi to bili procesi? Egzocitoza na krajevima parasimpatiĉkih

vlakana, Ach se oslobaĊa, koja prvenstveno regulišu varenje, egzocitoza granula sa

pankreasnim enzimima. Zatim Ca2+

takoĊe dovodi preko kalmodulina do aktivacije kinaze

lakog lanca miozina koja omogućava izaziva kontrakciju, a ova kinaza lakog lanca miozina

preko RhoA, mali GTP- vezujući protein, aktivira Rho kinazu koja takoĊe aktivira MLCK,

kinazu lakog lanca miozina koja dovodi do kontrakcije glatke muskulature, a rekli smo da je

parasimpatiĉki sistem odgovoran i za to, uopste podstiĉe varenje.

SLIDE 23:

Receptori za glutamat

Glutamat je izuzetno vaţan neurotransmiter u mozgu i izmeĊu ostalog uĉestvuje u prenosu

osećaja bola, stvaranju memorije, neurotoksiĉnosti, umami ukusa, koji potiĉe od

aminokiselina. Sliĉno Ach djeluje preko dve vrste receptora: metabotropnog i jonotropnog

receptora. Ovi metabotropni su takoĊe spregnuti sa proteinom G, saĉinjeni od 7

transmembranskih domena i postoji 8 razliĉitih metabotropnih receptora koji se oznaĉavaju

m kao metabotropni, glu-glutamat i od 1 do 8. Grupisani su u zavisnosti od graĊe, od

morfologije, mehanizma transdukcije signala, ali druga i treća grupa su u principu

presinaptiĉki receptori, uglavnom autoreceptori koji blokiraju oslobaĊanje glutamata, a prva

grupa gdje spadaju 1 i 5 su postsinaptiĉki receptori preko kojih glutamat ostvaruje svoj

receptorni efekat.

SLIDE 24:

Drugi moţda vaţniji receptori su jonotropni receptori, predstavljaju kanale i u zavisnosti od

agonista koji se vezuju za ove receptore dele se na: NMDA, AMPA i receptore za kainat.

NMDA- N-metil-D-aspartat, AMPA- α-amino-3-hidroksi-5-metil 4-izoksazol propionat,

receptor za kainat- kainska kiselina i domoiĉna kiselina se vezuju za njega. Razliĉiti su i

blokatori, pa se za AMPA vezuje grupa jednih benzodiazepina, za AMPA i receptore za

kainat se vezuje grupa cyano-7-nitroquinoxaline-2,3dione, dok se za NMDA vezuje APV -

2-amino-5-fosfovaleriat. Prikaz znaĉaja evolucije jonotropnih receptora za glutamat. Svi su

tetrameri, dakle svaka subjedinica se sastoji iz 3 transmembranska domena, imaju veliki

amino završetak, ekstraćelijski, koji je odgovoran za vezivanje liganda odnosno glutamata,

69

zatim sledi prvi transmembranski domen, izmeĊu prvog i drugog transmembranskog domena

nalazi se velika petlja koja u stvari predstavlja kanal pore koja oiviĉava poru i tako uĉestvuje

u transportu jona i na kraju treći transmembranski domen.

Da bi se NMDA receptori aktivirali neophodan je ligand glutamat, glicin, postoji alosteriĉno

mjesto za vezivanje drugog neurotransmitera dakle glicina i neophodno je depolarizacija. Na

koji naĉin funkcionišu receptori za glutamat?

SLIDE 25:

U većini sinapsi mozga ova dva receptora koegzistiraju, AMPA i NMDA receptori. NMDA

receptori su voltaţno zavisni i ligand zavisni. Voltaţno su zavisni zato što na potencijalu

membrane od -70mV su receptori blokirani Mg2+

, dakle glutamat na ovom potencijalu ne

moţe da se veţe za NMDA receptore već se vezuje za AMPA receptore, koji su voltaţno

nezavisni. Vezivanje glutamata za AMPA receptore dovodi otvaranja kanala kroz koje ulazi

Na+ i izlazi K

+ i dolazi do depolarizacije. Tada nastala depolarizacija dovodi do toga da se

Mg2+

odvaja od NMDA receptora i sada ovi kanali se otvaraju i ulazi Ca2+

. Tako da se sada

povećava koncentracija u postsinaptiĉkoj ćeliji. Dakle, AMPA su odgovorni za brzu

depolarizaciju dok su NMDA odgovorni za sporu depolarizaciju i uglavnom su

karakteristiĉni za hipokampus i koru prednjeg mozga. Što se tiĉe receptora za kainat, oni

mogu biti presinaptiĉki i postsinaptiĉki, eksprimirani svuda po CNS-u, naroĉito

hipokampusu i cerebelumu. Verovatno imaju ulogu u transmisiji osećaja bola.

SLIDE 26 i SLIDE 27 – Profesorka je preskoĉila.

U pitanju su dugotrajna sinaptiĉka potencijacija i NO.

SLIDE 28

Sinapse mogu biti ekscitatorne, inhibitorne i modulatorne. Dat je primer sinapse koju grade

piramidalni neuroni uĉestvuju u formiranju kortiko-spinalnog trakta. Piramidalni neuron kore

ostvaruje ekscitatornu sinapsu sa aksonom neurona lateralnog kolenastog jedra talamusa,

inhibitornu sa interneuronom i modulatornu sa aksonom neurona locus coeruleusa (jedro

koje sadrţi najveću koliĉinu noradrenergiĉkih neurona u mozgu). Ekscitatorne sinapse se

ostvaruju posredstvom glutamata i aspartata. Inhibitorne sinapse delovanjem GABA i

glicina, a modulatorne sinapse u modulaciji odgovora, odnosno u regulaciji sinapse odgovara

na noradrenalin.

Ekscitatorne sinapse→glutamat, aspartat→EPSP (ekscitatorni postsinaptiĉki potencijal) -

kanal za Na+

Inhibitorne sinapse prisutne samo u mozgu→ GABA, Gly→IPSP - kanal za Cl-

Modulatorne sinapse→noradrenalin, koji deluje na nadraţenu nervnu ćeliju i moduliše njen

odgovor na dati nadraţaj - kanal za K+

70

SLIDE 29:

Receptori za GABA

GABA je najzastupljeniji inhibitorni neurotransmiter, dakle odgovoran za sve inhibitorne

procese u mozgu, a osim njega tu je i kao drugi inhibitorni receptor i Gly. I ovde se javljaju

jonotropni i metabotropni receptori. GABAa i GABAC i receptori za drugi inhibitorni

neurotransmiter - Gly su jonotropni tj. kanali za Cl-

, a GABAB je metabotropni, receptor

spregnut sa proteinom G, koji dovodi do otvaranja kanala za K+

i zatvaranja kanala za Ca2+

.

Jonotropni receptori su heteropentameri, dakle sastoje se od 5 razliĉitih subjedinica, a svaka

subjedinica se sastoji iz 4 transmembranska domena, što znaĉi da spada u familiju receptora

kao i nikotinski. Ovaj receptor je specifiĉan jer ova subjedinica vezuje razliĉite supstance.

Sinaptiĉka inhibicija mora biti precizno regulisana, jer ukoliko se ne ostvaruje u

odgovarajućem nivou, ukoliko je prekomerna, moţe da dovede do gubitka svesti i kome, a u

koliko je premala inhibicija moţe da dovede npr. do epileptiĉnih napada. Inhibicija je dakle

precizno regulisana graĊom samog receptora.

Prva subjedinica vezuje GABA, a druga subjedinica vezuje benzodiazepine kao što su npr

sredstva za smirenje i valijum. Vezivanje materija kao što su benzodiazepini samo po sebi ne

utiĉe na receptor, ali kada je GABA vezana za receptor ova grupa jedinjenja povećava

frekvencu otvaranja kanala za hlor.

Treća subjedinica vezuje barbiturate, kao što je sedativ fenobarbitol, koji sliĉno

benzodiazepinima ne deluju na ovaj receptor sami po sebi , ali kada je GABA vezana za

receptor povećavaju duţinu otvaranja kanala za hlor. Još uvek nisu pronaĊeni prirodni

ligandi, ali na osnovu ĉinjenice da se supstance kao benzodiazepini i barbiturati vezuju za

odreĊena mesta na receptoru, pretpostavlja se da u organizmu postoje prirodne endogene

supstance koje imaju sliĉno dejstvo i koje upravo rade na preciznoj regulaciji otvaranja i

zatvaranja jonskog kanala za hlor.

Ĉetvrta subjedinica odgovara na prirodne modulatore ovog receptora, a to su steroidi. Dakle

to je steroid vezujuće mesto za koje se vezuju metaboliti i hormoni kao što su progesteron,

kortikosteron i testosteron. TakoĊe utiĉe na frekvencu i duţinu otvaranja kanala za hlor. Peta

subjedinica ima mesto za fosforilaciju.

71

Transdukcija senzornih signala

Mikrookruţenje neurona

Mikrookruţenje neurona je pre svega ekstraćelijska teĉnost mozga (BECF, brain

extracelllular fluid, EĆT), ali i kapilari, glija ćelije i susedni neuroni. Najveći uticaj na neurone

ima EĆT, ali i neuroni utiĉu na sastav EĆT.

Mozak zauzima samo 2% telesne mase, ali ĉak 15% minutnog volumena odlazi u mozak,

jer je to vrlo metabolićki aktivno tkivo koje troši ĉak 20% O2 i ĉak 50% glukoze. Interesantno je

da 50% energije odlazi na rad Na-K-ATPaze i prekid protoka krvi dovodi do deplecije ATP-a, i

kako neuroni ne mogu da obavljaju svoju funkciju u takvim uslovima, dolazi do gubitka svesti

posle 10 sekundi, a posle 5 minuta dolazi do oštećenja na neuronima.

72

Krvno-moţdana barijera (KMB) štiti EĆT od uticaja sastojaka krvi, a cerebrospinalna teĉnost

(CSF, CST) utiĉe na sastav EĆT. Gljia ćelije takoĊe utiĉu na funkcionisanje neurona.

Cerebrospinalna teĉnost

Oko 500 ml CSF dnevno stvaraju horoidni pleksusi, prisutni u sve 4 komore. CST ima

oko 150ml u svakom trenutku, od toga 30ml u komorama, 120ml u subarahnoidnom prostoru

– on se nalazi se izmedju arahnoidee i pie mater. CST cirkuliše komorama, i preko tri otvora IV

komore prelazi u subarahnoidni prostor, odakle se apsorbuje u venski sistem u gornjem

sagitalnom sinusu. Dakle, moţete videti da ceo mozak zapravo pliva u CST (odnosno njome je

obavijen) i na taj naĉin smanjuje se subjektivni osećaj teţine mozga (da nosimo 1.5 kg u glavi), a

sa druge strane graĊa subarahnoidni prostor uslovljava da on zapravo ima ulogu ? (onemogućava

potrese, eliminiše smetnje koje bi mogle da izazovu promene poloţaja glave u protoru). //

RaĊeno je istraţivanje gde je dokazano da ljudi kojima je smanjena koliĉina CST, osećaju bol pri

svakom pokretu glave //

Kako se vrši apsorpcija? Arahnoidea formira evaginacije koje se nazivaju arahnoidne

granulacije (ukoliko su visoke oko 1 cm) ili arahnoidne resice/vili (ukoliko je njihov promer u

mikrometrima). Dakle, na ovom mestu se vrši apsorpcija i to procesom transcitoze – formiraju se

vakuole sa CST i ona se apsorbuje iz subarahnoidnog prostora u venozni sinus. Sila koja ovo

omogućava je povećanje pritiska CST. Kada se on poveća (iznad 70mm vodenog stuba) dolazi

do aktiviranja transcitoze. Apsorpcija je proporcionalna cerebrospinalnom pritisku, a taj pritisak

je jednak intrakranijalnom pritisku.

Ako doĊe do zapaljenja arahnoidee, remeti se proces apsorpcije CST, povećava se

pritisak CST. Ovo rezultira hidrocefalijom (nagomilavanje teĉnosti u mozgu) koja se manifestuje

demencijom, poremećenim hodom i nevoljnim mokrenjem.

CST i EĆT imaju sliĉan sastav (u većem delu mozga), jer komuniciraju preko pia mater i

ependimalnih ćelija (ćelije koje oblaţu zidove komora). Komunikacija se odvija preko

pukotinastih veza – omogućen je transport jona i makromolekula paracelularno. Ependimalne

ćelije apsorbuju metabolite, signalne molekule, produkte razlaganje neurotransmitera (serotonina,

dopamina) koje CST odnosi. Ĉesto se nazivaju „bubrezima mozga“.

Kako se stvara CST?

73

Stvaraju je ćelije horoidnih pleksusa – specijalizovane horoidne ćelije (zapravo izmenjene

ependimalne ĉelije) koje imaju cilije koje se projektuju u komore. Horoidni kapilar se snabdeva

krvlju preko horoidne arterije i protok krvi kroz horoidne pleksuse je 10 puta veći nego u ostalim

delovima mozga. Horoidne ćelije u potpunosti izoluju CST od kapilara, koji nisu deo krvno

moţdane barijere. Sastav cerebrospinalne teĉnosti se razlikuje od sastava krvne plazme. CST nije

ultrafiltrat krvi. Sadrţi manje K+, AK i ne sadrţi proteine. Homeostaza K

+, H

+, HCO3

-, Mg

2+,

Ca2+

je strogo kontrolisana.

Transport i stvaranje CST

Prvi korak je ultrafiltracija plazme kojom nastaje EĆT. Drugi korak podrazumeva da

horoidne ćelije stvaraju i aktivno sekretuju CST u komore.

Ovaj proces je potpuno atipičan u poreĊenju sa svim drugim epitelnim ćelijama, zašto?

Na-K-ATPaza na ovim ćelijama je smeštena na apikalnoj strani, a ne na bazolateralnoj. Njenim

radom dolazi do aktivnog izbacivanja Na+ van horoidne ćelije i da je to tako dokazuje ĉinjenica

da blokator Na-K-ATPaze (ouabain) dovodi do poremećaja stvaranja CST. Budući da izbacuje

Na+, stvara se gradijent i ostavlja nisku koncentraciju u ćeliji - na bazolateralnom delu se nalaze

NKCC2 transporter (ubacuje Na, K i 2 Cl) i on vraća Na+ u ćeliju. Blokiranjem NKCC2

furosemidom se inhibira stvaranje CST, što dokazuje da i ovaj transporter ima znaĉajnu ulogu u

astvaranju CST. Osim toga, ukljuĉen je Na-H izmenjivaĉ, i na taj se takoĊe ubacuje Na+ u ćeliju.

Limitirajući faktor za ovaj izmenjivaĉ su protoni koji će snabdeti ovaj izmenjivaĉ. Izvor je enzim

karbo-anhidraza koja moţe biti blokirana acetazolamidom, što dovodi do inhibicije stvaranje

CST. Hlor se transportuje u ćeliju zahvaljujući NKCC2, kao i zahvaljujući hloridnom-

bikarbonatnom izmenjivaĉu koji se takoĊe nalazi na bazolateratlnoj strain membrane. Sa druge

strane, izbacivanje hlora iz ćelije se vrši uz pomoć K-Cl kontransportera i putem specifiĉnog

kanala za Cl- koji sprovodi i bikarbonate. Bikarbonati su neophodni za neutralizaciju kiselina

koje stvaraju neuroni, pa se bikarbonati koje stvara karbo-anhidraza se izbacuju putem ovog

kanala. Dakle, treba da zapamtimo da je raspored transportera, kao i redosled događaja

drugaĉiji u odnosu na druge epitelne ćelije. Na ovaj naĉin je opisano kako horoidne ćelije

sekretuju CST, a već je spomenuto da one apsorbuju razliĉite metabolite, pre svega produkte

metabolizma neurotransmitera.

74

Posredstvom EĆT mozga neuroni dobijaju O2, glukozu, AK, vitamini, a produkti

metabolizma neurotramsmitera napuštaju mozak.

Putem ekstraćelijske teĉnosti mozga neuronima se dopremaju kiseonik, glukoza,

aminokiseline, vitamini, a produkti metabolizma (razgradnje neurotransmitera) napuštaju mozak.

Osim toga, vanćelijska teĉnost mozga je jedno vaţno sredstvo komunikacije izmeĊu ćelija, jer

ĉesto se dešava da neurotransmiter utekne iz sinapse i dospe u vanćelijsku teĉnost mozga i na taj

naĉin moţe da deluje i na druge sinapse tj. postsinaptiĉke neurone drugih neurotransmitera.

Zatim, u ekstraćelijsku teĉnost mozga se oslobaĊaju i neki neurotrofini, kao što je neurotrofiĉni

faktor poreklom iz mozga (BDNF), cilijarni neurotrofiĉni faktor (CNTF), neurotrofin-3 itd.

I još jednom da ponovim, sastav vanćelijske teĉnosti mozga i cerebrospinalne teĉnosti je

isti. Krvno-moţdana barijera odvaja ove dve teĉnosti od uticaja bilo kakvih supstanci poreklom

iz krvi, što je jako vaţno. Navela je samo tri primera zbog ĉega je vaţno da CSF i BECF budu

potpuno izolovane od krvi. Da to nije tako, bilo bi dovoljno da posle proteinskog obroka (jednog

dobrog bifteka ) aminokisleine triptofan i tirozin postanu odmah supstrat za stvaranje

neurotransmitera, koji bi se nekontrolisano oslobodili u mozgu i doveli do haosa u

funkcionisanju nervnih i glija ćelija. S druge strane, posle fiziĉke aktivnosti (npr. posle trke

maratonaca) nagomilavanje H+ i K

+ bi u tom trenutku znaĉajno snizilo IQ sportiste, naravno, to

bi bilo tranzitorno. Zatim, razliĉiti hormoni, joni, citokini koji cirkulišu putem krvi itekako bi

remetili funkciju neurona i glija ćelija. Ništa od toga ne sme da se dozvoli i zbog toga postoji

krvno-moţdana barijera. Njeno postojanje je utvrĊeno još 1885.godine. Erlih je ubrizgavao

razliĉite boje i shvatio da sva meka tkiva upijaju te boje, osim mozga što ga je navelo na pomisao

da u mozgu postoji nešto što ne dozvoljava propuštanje materija iz krvi. Danas se zna da svi

kiĉmenjaci, pa ĉak i neki beskiĉmenjaci poseduju k-m barijeru. Ona ima, s jedne strane,

pozitivnu ulogu, a sa druge strane omogućava selektivni transport.

Na slici je prikazana klasiĉna ćelija i klasiĉni kapilar i moţdani kapilar (da bi se videla

razlika). Da bi k-m barijera predstavljala fiziĉku barijeru kod ovog kapilara ne postoje pore

(neuroklasiĉni kapilar). Šta beše ima ako je u pitanju kontinurani kapilar? MeĊućelijske pukotine.

A ukoliko je u pitanju fenestrirani? Fenestre, odnosno otvorĉiće. Kao što vidimo, kapilari nemaju

nikakve otvore, štaviše imaju specifiĉne tesne veze, koje su postavljene ukoso i nazivaju se

zonula occludens. Ona je potpuno drugaĉije graĊe od bilo kakve druge tesne veze na koju smo

75

navikli. Nema paracelularnog transporta, znaĉi ne postoji transport kroz tesne veze. S druge

strane, ne postoji transcitoza, nemoguć je protok materija putem transcitoze i formiranja

vezikula. Ono što je drugaĉije, to je da su endotelne ćelije kapilara mozga izuzetno bogate

mitohondrijama u poreĊenju sa drugim endotelnim ćelijama. Zatim, tu se nalaze i pericite. Imaju

deblju bazalnu laminu u poreĊenju sa drugim kapilarima. I astrocitni završeci (stopalca)

predstavljaju, s jedne strane, fiziĉku barijeru, ali sa druge strane bez njih ne bi bilo moguće

formiranje tesnih veza. Zahvaljujući astrocitama formiraju se ove specifiĉne tesne veze, odnosno,

zonula occludens i, takoĊe, omogućavaju razmenu materija sa krvlju.

Šta je to što prolazi k-m barijeru? To su lipofilne supstance (CO2,O2, alkohol, neki lekovi,

heroin, kofein, nikotin). K-m barijera propušta vodu zahvaljujući akvaporinima 4 i 8, ĉija se

ekspresija znaĉajno povećava kada se promeni osmolarnost plazme. Ne propuštaju se K+ i Mg

+.

K+ ima jako malo u CSF-u. Ne propušta se ni bilirubin.

Ono što je karakteristiĉno je da endotelne ćelije sadrţe neke enzime, kao što su enzimi

koji razgraĊuju neurotransmitere (npr. monoamino oksidaza -MAO), enkefaline, supstanciju P

itd. Upravo zbog toga što postoje ti enzimi dopamin ne moţe da se koristi kao sredstvo terapije

Parkinsonove bolesti, jer u trenutku kada pokuša da proĊe endotel MAO ga razgraĊuje. Zbog

toga se L-DOPA, prekursor dopamina, koristi kao terapetuk za minimalizovanje simptoma

Parkinsonove bolesti.

Na slici je endotelna ćelija sa specifiĉnim tesnim vezama (zonula occludens). Rekli smo

da se kroz endotel ovakvih kapilara odvija transport lipofilnih supstanci (gore pomenutih).

Transport glukoze, aminokiselina, organskih anjona, prekursora nukleinskih kiselina se odvija

pomoću dvosmernih transportera koji imaju mogućnost da transportuju pobrojane nutrijente, a s

druge strane imaju mogućnost da transportuju produkte metabolizma. Šta se nalazi na membrani

endotelnih ćelija koje ulaze u sastav k-m barijere? Neizbeţna Na+/K

+ ATPaza, NHE (Na

+/H

+

izmenjivaĉ) na bazolateralnoj membrani, a na apikalnoj membrani se nalazi epitelni kanal za Na+

osetljiv na amilorid i NKCC2. S tim da je jako vaţno da ovi transporteri uĉestvuju u strogoj

regulaciji pH, naroĉito NHE i Na+/K

+ ATPaza koja reguliše i odrţava nizak nivo K

+ u

vanćelijskoj teĉnosti mozga. Sledeća sliĉna slika- tesna veza, bazalna lamina, završetak astrocita.

Ovde su navedeni transporteri koji omogućavaju transport: glukoze (GLUT1), velikih neutralnih

aminokiselina (LAT1), ekscitatornih aminokiselina (EAAT1-3, E-ekscitatorne AA-aminoacid).

76

Na endotelnim ćelijama se nalaze i receptori za neurotransmitere npr.serotonin, receptori za

purine, rec. za endotelin1 i neki faktori iz glija ćelija, kao što je neurotrofiĉni faktor poreklom iz

glija ćelija (GDNF), leukemija inhibitorni faktor (LIF), TGF- β faktor rasta fibroblasta (bFGF),

angiopoetin (ANG1) itd. Sve su to faktori koji mogu da utiĉu na funkcionisanje endotela kapilara

u sastavu k-m barijere.

K-m barijera nije uniformna u svim delovima mozga. U nekim delovima mozga ona je

prekinuta i ti delovi mozga se nazivaju cirkumventrikularni organi. Pomenuli smo area postrema

i, moţda, organum vasculosum laminae terminalis. Koji su delovi gde je k-m barijera prekinuta?

To su epifiza, subfornikalni organ (fornix je struktura koja spaja hipotalamus sa limbiĉkim

sistemom), organum vasculosum laminae terminalis, neurohipofiza, eminentia mediana i area

postrema koja se nalazi u moţdanom stablu. Na tom mestu su ependimalne ćelije drugaĉije

(specijalizovane, imaju specifiĉne nastavke) i prekrivaju propustljivije kapilare u sastavu

cirkumvent. organa. Na taj naĉin je u ovom delu mozga sastav vanćelijske teĉnosti mozga sliĉan

sastavu krvi, a potpuno odvojen od sastava CSF-a. Znaĉi, CSF i dalje zadrţava isti sastav. Zato

sam i rekla da u najvećem delu mozga BECF ima isti sastav kao CSF, osim u delovima gde je k-

m barijera raskinuta. Da k-m barijera nije narušena hipotalamus ne bi mogao da otpušta svoje

hormone u cirkulaciju, oksitocin i vazopresin takoĊe ne bi mogli da proĊu, zatim svi hormoni

adenohipofize ne bi mogli da se otpuštaju u portalni krvotok, citokini ne bi mogli da utiĉu na

hipotalamus (centralni termostat- da moţe da povećava i sniţava svoju bazalnu temperaturu),

osmoreceptori u hipotalamusu ne bi znali da smo dehidrirali i da treba da pokrenu sintezu i

sekreciju antidiuretiĉkog hormona itd.

Krećemo sada na mehanizme senzorne transdukcije, priĉali smo već o tome, vi ste se već

susretali sa molekularnim mehanizmima, mislim da ste nešto već radili kod profesora AnĊusa...

Znaĉi još pre 150 godina Miler je pretpostavio da su neuroni specijalizovani za detekciju

odreĊenog tipa stimulusa i da će izazvati uvek istu senzaciju bez obzira na to kako su aktivirani.

Ovo se naziva univarijansa: senzorni receptor i sve što sledi iza tog senzornog receptora, dakle

senzorni put će se uvek na isti naĉin aktivirati bez obzira na to šta ga je aktiviralo. Pa sam ja, ĉini

mi se, dala jedan primer, na šta mislim, na oko, znaĉi bez obzira što nije u pitanju svetlosni

stimulus nego mehaniĉki, dakle oko će da izazove senzaciju svetlosti. Pošto se dosta radilo na

mehanizmima senzorne transdukcije na molekularnom nivou mi danas znamo da mnogi procesi

77

poĉinju od forme proteina, odnosno receptora spregnutog sa proteinom G, pa ćemo videti na koji

naĉin se vrši primanje svetlosnog signala, olfaktornog signala, mirisnog signala, odnosno

odoranata, neki tastatorni i hemijski stimulusi... S druge strane ti prijemnici mogu da budu

modifikovani membranski kanali kao što su ? preklopne veze na vlatastim ćelijama, isto tako

prijemnici mogu da budu neuroni, specijalizovani neuroni i mogu da budu efektorne ćelije.

Kad govorimo o koracima signalne transdukcije, i ovo je samo ponavljanje onoga što smo

već priĉali, dakle svaki receptor treba da bude osposobljen da detektuje specifiĉnu energiju

stimulusa, dakle toplotnu, svetlosnu, mehaniĉku i tako dalje, da to rade selektivno, da to rade

brzo i da je u stanju da odredi koji je tip, i da lokalizuje stimulus. Zatim sledi amplifikacija

signala. Posle ćemo govoriti u ciframa šta je sve jedan jedini foton u stanju da uradi kada

govorimo o amplifikaciji signala. Zatim se konvertuje amplifikovan signal u promenu potencijala

membrane odnosno dolazi do stvaranja receptorskog potencijala, ukoliko je u pitanju epitelna

ćelija ili generatorskog potencijala, ako je receptor nervna ćelija, taj receptorski potencijal još

uvek nije akcioni potencijal već prosta promena potencijala membrane koja sad moţe da

moduliše aktivnost kanala, moţe da okine akcioni potencijal, videćemo na slajdu gde je tipiĉno

olfaktorni neuron da receptorski odnosno generatorski potencijal dovodi do okidanja akcionog

potencijala u delu iste ćelije i moţe da dovede do toga da se oslobodi neurotransmiter, ĉak moţe

da determiniše obrazac po kome se akcioni potencijali šalju dalje senzornim neuronom.

Kada govorimo o transdukciji hemijskog signala moţemo reći da je hemijska transdukcija

moţda najstarija forma senzorne transdukcije, jer sećate se ove slike, priĉali smo o paramecijumu

koji je u stanju da prepozna hemijske signale, odnosno da atraktantni molekuli hiperpolarišu

membranu dok je odbijajući depolarišu i samim tim to ima veze sa proteinima petlje, on se na taj

naĉin ponaša, znaĉi pliva u pravcu atraktantnih molekula ili od odbijajućih molekula. I ono što

smo takoĊe rekli, da je praktiĉno svaka naša ćelija hemosenzitivna, jer je to proces kojim naše

ćelije komuniciraju, znaĉi svaka naša ćelija odgovara na hemijski signal, odgovara na hormon ili

odgovara na neurotransmiter. Hemijski signali, znaĉi nutrijenti, otrovi, atraktanti, signalni

molekuli praktiĉno uĉestvuju u procesu ishrane, ukazuju na opasnost, procesu reprodukcije,

navigacije...

78

Transdukcija olfaktornih signala

Signalnim molekulima dakle regulišemo sve fiziološke procese u organizmu. Evo slike,

transdukcija olfaktornih signala, u pitanju je bipolarni neuron ĉiji jedan kraj ĉine nepokretne

cilije uronjene u mukus, u mukusu odorant-vezujući proteini vezuju odorante omogućavajući im

da proĊu kroz mukusni sloj i da se veţu za svoj receptor spregnut sa proteinom G koji dovodi do

aktivacije Gon subjedinice i adenil ciklaza i cAMP i kada se poveća cAMP to dovodi do otvaranja

kanala za katjone spregnutih sa cikliĉnim proteinima (CNG kanale) i sad kroz te kanale ulaze Na

odnosno Ca, što dovodi do stvaranja generatorskog potencijala, o kome sam malopre govorila,

odnosno poĉetnu depolarizaciju ćelije, sad ovaj Ca koji je ušao kroz CNG kanale (kanali za

katjone spregnuti sa cAMP) omogućava otvaranje kanala za Cl koji se aktiviraju kalcijumom i Cl

izlazi što dovodi do dalje depolarizacije i okidanja akcionog potencijala u okidaĉkoj zoni koja se

nalazi blizu ? neurona, zatim se dalje putem aksona akcioni potencijal, znaĉi akson prolazi ?

ploĉu i šalje se u olfaktorni bulbus. Što se tiĉe ovog receptora spregnutog sa proteinom G, dakle

treći, ĉetvrti i peti segment su izgleda zaduţeni za prepoznavanje odoranta, a kao što je sluĉaj sa

svim ostalim G proteinima, dakle Gon subjedinica prepoznaje ova treća petlja i karboksilni kraj

koji se nalazi u citosolu.

I ovo je opet malo podsećanje, veoma je neobiĉno da je ovako veliki deo genoma zauzet

našim mirisnim receptorima, jer podsećam da svaka ova olfaktorna ćelija sadrţi samo jedan

jedini receptor, jednu jedinu vrstu receptora, dakle kod miša se zna, to je Linda Bah ustanovila

pre 10-ak godina, 2004. godine dobila sa ? Nobelovu nagradu za svoje delo radeći na olfaktornoj

kori i na mirisnim receptorima, dakle oni su ustanovili da miš recimo poseduje hiljadu gena za

razliĉite receptore za odorante, i 260 pseudogena, kod nas je priĉa nešto manja 339, po nekima

350, zavisi kako gde u literaturi, 297 pseudogena, znaĉi svaka ova olfaktorna ćelija ispoljava

samo jednu jedinu vrstu receptora za odorante.

Ovo se ne sećam da li sam već rekla, pre nekih desetak godina ustanovljeno u našem tom

epitelu u mozgu se nalaze ĉak i receptori za feromone i oni se nazivaju vomeronazalni receptori

koji liĉe na vomeronazalne organe, pošto su vomeronazalno organi organi kod kiĉmenjaka npr.

zmije, apopsonov organ, jedna vrsta vomeronazalnog organa koji je zaduţen za detekciju

feromona i budući da je pronaĊen ovaj receptor sad se radi na tome i traţi se da li smo mi u

stanju da detektujemo feromone.

79

Pa da vidimo šta se dalje dešava sa tim signalom, ovo smo sve ispriĉali, dakle generisali

smo akcioni potencijal, evo ga telo olfaktornog receptora, rekli smo da akson prolazi ? ploĉu i

dolazi do olfaktornog bulbusa, ovo je jedan olfaktorni bulbus koga ĉini veliki broj, oko 2000 ih

ima, po bulbusu kod npr. zeca, a toliko je mislim i kod ĉoveka, to su glomerulusi, dakle u kom

svaka olfaktorno-receptorna ćelija koja eksprimira jedan odorantni receptor uspostavlja sinapsu

sa nekih 25 apikalnih dendrita mitralne ćelije. Znaĉi ovo ovde su mitralne ćelije, ima ih oko 50

000 kod ĉoveka po jednom bulbusu, kod pacova 45 000, dakle to su glavne ćelije olfaktornog

bulbusa i njihovi aksoni u stvari grade olfaktorni traktus u sastavu prvog kranijalnog nerva.

Znaĉi bulbus ĉini oko 2 000 glomerulusa, a u svakom glomerulusu jedna olfaktorna receptorna

ćelija formira sinapsu sa 25 apikalnih dendrita mitralne ćelije. Ovaj olfaktorni traktus koga ĉine

aksoni mitralne ćelije dakle sada ulazi u piriformnu odnosno primarnu olfaktornu koru, a iz nje

prolazi kroz talamus kod sisara, i završava se u neokorteksu, da se podsetimo priĉe da se u

talamusu prekopĉavaju sva senzorna vlakna osim mirisnih. Završili smo sa primarnom korom,

preko talamusa i limbiĉkog sistema dalje do neokorteksa da bi jednostavno prošle informacije u

asocijativnu zonu, da se podsetimo da li je to miris nekog jela, parfema ili tako nešto. Znaĉi pre

talamusa se put završava u primarnoj zoni zaduţenoj za ?.

TakoĊe interesantno, to je isto skoro Linda Bah objavila rad da neuroni u sastavu

primarnog olfaktornog korteksa primaju informacije sa razliĉitih glomerulusa, što je logiĉno,

dakle na taj naĉin postaviće se pitanje, dobro, imamo tih 350, 339 razliĉitih receptora, sigurno

moţemo da prepoznamo 500 000 razliĉitih mirisa, na koji naĉin se dakle vrši obrada signala,

obrada signala se vrši tako što sada sa razliĉitih glomerulusa informacije stiţu u ćelije primarnog

olfaktornog korteksa i to je ona ustanovila da ĉak neke ćelije primarnog olfaktornog korteksa

mogu da primaju informacije samo ako dobiju signal sa razliĉitih odorantnih receptora, sa dve, tri

ćelije, uopšte neće da reaguju ako se pojedinaĉno aktivira jedna ćelija ili druga, već prima signal

samo ako doĊe iz dve tri razliĉite ćelije, na taj naĉin se odvija kombinatorika i omogućava se

detekcija velikog broj mirisa, mnogo većeg nego što je u pitanju broj receptora za odorante.

Da se vratimo na bulbus, to smo sad ispriĉali, šta se dešava sa prenosom signala. U

bulbusu se još nalaze i jukstaglomerularne ili periokologlomerularne ćelije, znaĉi one se nalaze

oko glomerulusa i one su zaduţene za proces lateralne inhibicije, dakle one npr. nam

omogućavaju da ne reagujemo na miris hrane kada smo gladni, kada nismo gladni, lateralna

80

inhibicija se iskljuĉuje kada smo gladni. Tu se još nalaze granularne ćelije koje takoĊe poseduju

inhibitorne interneurone. Evo kako izgleda jedan glomerulus, evo ga sad akson ovog olfaktornog

receptora koji je stigao u glomerulus i koji odmah uspostavlja sinapsu sa jednim od 25 apikalnih

dendrita mitralne ćelije.

U principu ove olfaktorno-receptorne ćelije su, sad sam htela da kaţem, glutamatergiĉke,

znaĉi one otpuštaju glutamat i to je utvrĊeno kod kornjaĉa, kod pacova, kod ţabe. MeĊutim kod

pacova, sad da ne davim o onim receptorima o kojima je bilo reĉi prošli put (AMPA i NMDA),

ustanovljeno je kod pacova da ove ćelije ĉak luĉe i noradrenalin i zato mi je ĉudno da sve bolesti

kod ljudi koje su praćene poremećenim metabolizmom, odnosno poremećenom transmisijom kad

je u pitanju ovaj kateholamin, dakle te bolesti su praćene ozbiljnim gubitkom mogućnosti

percepcije mirisa. Takve bolesti su Korsakoff-ova bolest, jedna vrsta demencije, kod

Alchajmerove bolesti jedan od tipiĉnih simptoma je gubitak ĉula mirisa, takoĊe starenjem,

gubitkom, odnosno promenom funkcionisanja transmisije kateholamina gubi se i mogućnost

registrovanja mirisa. Parkinsonova bolest je takoĊe praćena poremećenom olfaktornom

diskriminacijom, što znaĉi da je dopamin ukljuĉen u ovu diskriminaciju, on je ukljuĉen tako što

su ove jukstaglomerularne, odnosno periglomerularne ćelije koje su ukljuĉene u lateralnu

inhibiciju dopaminske, ali i stvaraju GABA, pa se ovaj dopamin sada vezuje za presinaptiĉke D2

receptore na aksonima olfaktorne-receptorne ćelije, dakle na taj naĉin modulišu oslobaĊanje

glutamata i noradrenalina. Osim toga, periglomerularne ćelije oslobaĊaju GABA, inhibitorni

neurotransmiter koji se vezuje za GABAA receptore na apikalnim dendritima mitralnih ćelija, ali

i za presinapticke GABAB receptore i tako vrši apikalnu inhibiciju i moduliše oslobaĊanje

glutamata, a najverovatnije i noradrenalina.

Transdukcija tastatornih signala

Kada su tastatorni signali u pitanju, vrši se detekcija 5 osnovnih ukusa: slatko, slano,

gorko, kiselo i umami, pri ĉemu su slatko, slano i umami nutritivni ukusi poreklom od proteina i

soli, dok se za gorko i kiselo moţe reći da su ukusi upozorenja. Receptori za tastante lokalizovani

su u okviru kvrţica koje su rasprostranjene na jeziku, mekom nepcu i ţdrelu. Na kvrţicama se

nalaze pupoljci u ĉijem sklopu su receptori, epitelne ćelije. One oslobaĊanjem neurotransmitera

aktiviraju aferentne senzorne neurone, sa kojima uspostavljaju sinapsu i na taj naĉin prenose

signal. Detekcija signala poreklom iz hrane vrši se na razliĉite naĉine, u zavisnosti od ukusa.

81

Slano, kiselo i umami detektuju se posredstvom receptora jonskih kanala. Kada se detektuje

slan ukus, Na+ ulazi kroz svoje kanale, u sluĉaju kiselog, vrši se po istom principu transport

protona, dok je za detekciju umami ukusa odgovoran jonotropni receptorski kanal za glutamat.

Blokadu jonskog kanala vrše komponente iz kisele i gorke hrane, dok su klasiĉni membranski

receptori spregnuti sa proteinom G zaduţeni za detekciju: slatkog, gorkog i umami ukusa.

Detekcija gorkog i slatkog ukusa

Za detekciju gorkog i slatkog ukusa odgovorni su receptori spregnuti sa proteinom G. U

sluĉaju gorkog ukusa receptor T2R/TRB kupluje se sa proteinom G ĉija se α-subjedinica naziva

gustducin (po analogiji sa transducinom ĉepića i štapića mreţnjaĉe). U toku prenosa signala

prethodno pomenuti gustducin aktivira PDE1A (fosfodiesteraza 1A), koja razgraĊuje cAMP u

AMP, što dalje vodi ka dezinhibiciji kanala za Ca+ zavisnih od cikliĉnih nukleotida i ulaska Ca

+

jona u ćeliju. Drugi put kojim moţe da se ostvari prenos signala posredovan je βγ-subjedinicom

proteina G, koja aktivira PLCβ2, koja dalje dovodi do aktivacije signalnog puta preko IP3 i

DAG, što opet vodi povećanju koncentracije Ca+ u ćeliji. Treći naĉin prenosa signala je putem

zatvaranja kanala za K+ osetljivog na kinin (gorkog ukusa). Posledica sva tri signalna puta je

depolarizacija membrane ćelije, koja uzrokuje otvaranje kanala za Ca+ zavisnih od voltaţe i

egzocitoze granula sa neurotransmiterima. Pretpostavlja se da je navedeni neurotransmiter

serotonin, ali to još uvek nije sa sigurnošću utvrĊeno. Receptor za slatko (T1R3 ili T1r3/T1r2 –

ne moraju da se pamte nazivi receptora) takoĊe je spregnut sa proteinom G, deluje preko njegove

αs-subjedinice, cAMPa i PKA, koja fosforiliše i zatvara kanal za K+. Posledica je depolarizacija

membrane, otvaranje kanala za Ca+ zavisnih od voltaţe i egzocitoze granula sa

neurotransmiterima, verovatno serotoninom. Interesantno je da veštaĉki zaslaĊivaĉi deluju preko

Gαq subjedinice ili βγ-gustducina, koji aktivira PLCβ2, tj povećavaju oslobaĊanje

neurotransmitera, ali preko IP3 i DAG (najjaĉi zaslaĊivaĉ - lugdunam, biljnog je porekla, slaĊi od

saharoze 225000 puta). Još jedan zanimljiv podatak je da samo mala promena u strukturi moţe

da dovode do percepcije drugaĉijeg ukusa, pa je tako L-Phe gorak, a D-Phe sladak.

Detekcija umami, kiselog i slanog ukusa

Umami ukus deluje preko jonotropnog NMDA receptora za glutamat, kroz koji ulaze Ca+

i Na+, što dovodi do depolarizacije i otvaranja kanala za Ca

+ zavisnih od voltaţe, koji

82

omogućavaju egzocitozu. Umami, tj. glutamat moţe da se veţe i za metabotropni receptor

mGluR4 i prenese signal preko cAMP i PKA, koja fosforiliše i zatvara kanal za K+ (zato je

prethodno navedeno da umami moţe da se detektuje i preko blokade jonskog kanala) , ali i za

receptor spregnut sa proteinom G - T1r3/T1r1. Slano i kiselo aktiviraju ćelije preko jonskog

kanala. U sluĉaju slanog ukusa, Na+ će ulaskom kroz epitelne kanale osetljive na amilorid –

ENaC da izazove depolarizaciju, otvaranje kanala za Ca+ zavisnih od voltaţe i egzocitoze

granula sa neurotransmiterima. Protoni ulaze kroz sliĉan kanal – ASIC (kanali osetljivi na kiselo;

eng. Acid Sensing Ion Channels; potfamilija ENaC), a nishodni sled dogaĊaja je isti kao

prilikom ulaska Na+. Interesantno je da anjoni mogu da modulišu i neutrališu ukus slane hrane,

naroĉito kada su u pitanju veliki anjoni.

Kako se vrši dalja detekcija ukusa? N. glossopharyngeus (IX) i n. facialis (VII) prenose

signale sa gustatornih kvrţica prednjeg, srednjeg i zadnjeg dela jezika u nc. gustatorius

produţene moţdine, a odatle dalje u ventralno posteromedijalno jedro talamusa i, na kraju,

gustatorno polje senzorne zone neokorteksa (36. Brodmanovo polje). Ageusia – gubitak ĉula

ukusa, za koji su odgovorna kako oštećenja VPM jedra, tako i 36. Brodmanovog polja. Nc.

gustatorius šalje signale i u okolna jedra zaduţena za gutanje, ţvakanje, salivaciju.

Periferni hemoreceptori, karotidna telašca

Glomusne ćelije tipa I istog su porekla kao nervne ćelije i imaju sposobnost stvaranja

neurotransmitera, aktiviranja jonskih kanala zavisnih od voltaţe itd. Stimuliše ih hipoksija,

hiperkapnija, ali i acidoza. Detektovanje hipoksije u glomusnim ćelijama vrši se pomoću jedne

vrste membranskog proteina, koji sadrţi hem. Kada se smanji koncentracija O2 u krvi, on

difunduje sa prethodno pomenutog proteina, koji, kad se naĊe u toj formi, na neki naĉin remeti

otvaranje kanala za K+, tj. stimuliše zatvaranje. Drugi mehanizam odigrava se putem cAMP, koji

preko PKA izaziva iste efekte. Treći naĉin je remećenjem rada NADPH-oksidaze, enzima

mitohondrija, ĉime dolazi do povećanja odnosa redukovanog i oksidovanog glutationa, što opet

dovodi do zatvaranja kanala za K+. Posledica je depolarizacija (jer K

+ koji je pozitivan jon ostaje

u ćeliji), koja aktivira kanale za Ca+ zavisne od voltaţe i dovodi do egzocitoze granula sa

neurotransmiterima, najverovatnije dopaminom. On se vezuje za receptore na postsinaptiĉkoj

membrani n. glossopharyngeus-a, koji prenosi signal u centar za disanje u produţenoj moţdini,

dorzalna respiratorna grupa neurona.

83

Kao što smo rekli, ćelije sliĉne nervnoj ćeliji poseduju razliĉite neurotransmitere,

najverovatnije je u pitanju dopamin koji se vezuje sa svoje dopaminske receptore na

postsinaptiĉkoj membrani glossopharyngeus-a koji šalje informacije u centar za disanje. Tako

hipoksija deluje na glomusnu ćeliju.

Hiperkapnija - povećanje koncentracije CO2. CO2 ulazi u glomusnu ćeliju, reaguje sa

vodom, nastaje ugljena kiselina koja disosuje na protone i bikarbonate. Protoni nekako izmeštaju

jone Ca sa K+ kanala zavisnih od Ca

2+, što opet dovodi do zatvaranja kanala za K, do

depolarizacije, otvaranja voltaţno-zavisnih kanala za Ca2+

.

Acidoza – smanjenje pH, odnosno povećanje koncentracije protona, dovodi do inhibicije

Na+/H

+ izmenjivaĉa sa jedne strane i dovodi do ubacivanja protona u glomusnu ćeliju. Proton,

bez obzira što nije poreklom od K/H ATPaze, na isti naĉin izmešta Ca2+

sa mesta na koje se Ca2+

vezuje na kanalu za K+,

kanal za K+ se

zatvara, dolazi do depolarizacije, otvaranja voltaţno-

zavisnih kanala za Ca2+

, oslobaĊanja neurotransmitera i ekscitacija postsinaptiĉkog receptora na

glossopharyngeus-u koji aktivira centar za disanje.

Nociceptori

Transdukcija signala na primeru oštećenja pankreasa (hroniĉni pankreatitis, inflamacija

itd.). Zašto pankreas? Zato što je dobro inervisan organ, zato što je podloţan uticajima hemijskih

medijatora, pre svega proinflamatornih molekula, kao uticajima toplotnih i mehaniĉkih

stimulusa.

Kad nastane zapaljenje pankreasa dolazi do nagomilavanja perineuralnih inflamatornih

ćelija (eozinofili, CD4+, CD8

+ limfociti, makrofagi, mast ćelije) koje oslobaĊaju proinflamatorne

medijatore i neurotrofine. Koji su to inflamatorni medijatori? Joni K, protoni, histamin,

serotonin, bradikinin, PGE2 (postanglandin E2), CGRP (calcitonin gene-related protein),

TNFα, IL-1, IL-6. OslobaĊaju se i neutrofini; jedan od neurotrofina je NGF (faktor rasta nerava)

koji je medijator perzistentnog bola, a odgovoran je i za termalnu hiperalgeziju (povećana

osetljivost na termalne stimuluse – nešto što bi se inaĉe registrovalo kao blago povećana

temperatura se registruje kao izuzetno povećana temperatura) i mehaniĉku alodiniju (pojava da se

stimilusi koji inaĉe nisu bolni registruju kao bolni).

NGF deluje preko Tyr kinaze A koja pokreće ERK (MAPK) kaskadni put.

84

Artemin – neurotrofin glijalnih ćelija (GDNF) se vezuje za svoje GFRα3 receptore i medijator je

intenziteta bola i frekvencije bola.

Kljuĉni neurotrofin za medijaciju bola, odnosno koji nas obaveštava o nastalom bolu, je BDNF –

faktor rasta nerava poreklom iz mozga; kod pankreasa je u korelaciji sa intezitetom bola.

Gap-43, marker neoplastiĉnosti tokom razvića, ali i tokom povrede i pojaĉano se eksprimira u

nervnim vlaknima pacijenata koji boluju od pankreatitisa.

Dakle, supstancija P se vezuje za svoje receptore (receptori za neurokine). U ovom

sluĉaju supstancija P se vezuje za neurikin 1. TakoĊe, pojaĉano eksprimiran receptor je i TRP

(Transient Receptor Potential) koga smo pominjali kad smo priĉali o ĉulima, to su kanali koji su

odgovorni za registrovanje toplotnog stimulusa. Za njega se vezuje mentol, pa mi imamo osećaj

da nas hladi. Mentol, dakle, ne aktivira receptore za ukus, već ovaj TRP. Jedan od ovih receptora

je TRPV1, vaniloidni tip, pojaĉano eksprimiran u neuronima koji prenose senzaciju bola iz

zapaljenog pankreasa.

Šta se dešava kad doĊe do povrede na periferiji? Nagomilavaju se mast ćelije, makrofagi;

oni oslobaĊaju serotonin, serotonin se vezuje za svoje serotoninske receptore. OslobaĊa se i

histamin, on se vezuje za svoje H1 receptore; PGE2 se vezuje za receptore za prostanglandine.

I oni svi deluju preko PKA. Trombociti koji ulaze oslobaĊaju bradikinine koji se vezuju za

bradikininske receptore 1 i 2; NGF i bradikini preko Tyr kinaze A aktiviraju MAPK (ERK)

signalni put. TakoĊe, bradikinin i NGF mogu da deluju i preko PKC.Eozinofili, keratinociti i

trombociti oslobaĊaju purine, npr. adenozin koji se vezuje za svoje A2 receptore, ili protone koji

se vezuju za ASIC kanale (kanali za Na koji reaguju na ekstraćelijkse protone).

Šte se dešava na nivou kiĉmene moţdine kada je senzorni neuron doneo informaciju do

leĊnih rogova sive mase? Ovo su glutamatski završeci, oslobaĊaju glutamat i aspartat. I posle

toga, aktivirane glija ćelije koje se nalaze u dorzalnim rogovima sive mase takoĊe oslobaĊaju

faktore koji modulišu osećaj bola (TNF, ATP, ROS, NO, glutamat, PG, IL-1, IL-6).

Fotoreceptori

Mreţnjaĉa pored fotoreceptora sadrţi i amakrine, bipolarne, horizontalne i na kraju

ganglijske ćelije ĉiji aksoni grade II kranijalni nerv koji prenosi signale u mozak.

85

Ĉepići i štapići, graĊa: imaju kratak akson koji se završava sinaptiĉkim završecima; telo

neurona ĉini takozvani unutrašnji segment gde se nalaze jedro i mitohondrije i tu se vrši sinteza

fotopigmenta (rodopsin). Ovaj unutrašnji segment, formirajući jednu vrstu tunela, ima ulogu i u

usmeravanju fotona kroz cilijarnu dršku u spoljašnji segment. Spoljni segment ĉini izuvijena

membrana na razliĉite naĉine i u zavisnosti od toga kako je membrana izuvijana, ovi receptori se

morfološki dele na ĉepiće i štapiće. (ĉepić levo, štapić desno na drugoj slici) Diskovi sa

pigmentom omogućavaju apsorpciju svetlosti.

Drugaĉiji je vid komunikacije ćelija u zavisnosti od toga da li se receptori nalaze u ţutoj

mrlji ili na periferiji. Ĉepić koji se nalazi u samoj fovei uspostavlja sinapsu na sledeći naĉin:

jedan ĉepić uspostavlja sinapsu sa jednim bipolarnim neuronom, jedan bipolarni neuron

uspostavlja jednu sinapsu sa jednom ganglijskom ćelijom. I za ovu receptorsku ćeliju moţemo da

laţemo da ima malo receptorsko polje zato što prima signale samo od jednog receptora.

MeĊutim, ovaj vid prenosa signala pravi sliku visoke rezolucije. Zato je vaţno da soĉivo usmeri

zrak taĉno na foveu gde su najzastupljeniji ĉepići. Kada ima dovoljno svetla i kad pada taĉno na

ţutu mrlju mi smo u stanju da stvorimo jasnu sliku visoke rezolucije.

Na periferiji retine situacija je drugaĉija. Imamo ĉepiće i štapiće. I jedna ganglijska ćelija

prima informacije sa više bipolarnih neurona, a svaki bipolarni neuron uspostavlja sinapsu sa

jednim ĉepićem ili jednim štapićem.

Receptorsko polje ove ganglijske ćelije je veliko, ali slika koja se stvara posredstvom ove

ganglijske ćelije je manje rezolucije, ali je i osetljivija jer ova ganglijska ćelija sakuplja

informacije sa više receptora.

Zanimljivost: 1942. Hertz sa saradnicima je ustanovio da je potrebno samo 5 do 7 fotona

po jednom štapiću da se izazove senzacija svetlosti.

Na diskovima spoljnog segmenta nalazi se rodopsin, vizuelni pigment (ne pamtiti ovo:

30000 molekula/μm2 diska, 10

9 u po štapiću). Rodopsin koristi samo 10% svetlosti koja dospe u

ţutu mrlju.

Apsorpcija protona deluje na aldehid vitamina A (retinal) koji je u cis-retinal formi i

dovodi do njegove izomerizacije i stvaranja trans-retinala. Trans-retinal je stabilnija forma koja

dovodi do konformacionih promena opsina (receptor spregnut sa proteinom G) i do stvaranja

86

metarodopsina II. Metarodopsin II, promenjeni opsin, spregnut je sa specifiĉnim proteinom G

koji se naziva transducin. Ovaj protein vrši transdukciju signala. α subjedinica se aktivira kad se

za nju veţe GTP, aktivira fosfodiestarazu (PDE) koja prevodi cGMP u GMP i time dovodi do

promene u ćelij

1985. Fesenko je sa saradnicima ustanovio da je receptorni molekul cGMP-a neselektivni

kanal za katjone koji je zavistan od cGMP. Samim tim, kad se smanji koncentracija cGMP-a,

ovi kanali se zatvaraju, a zatvaranje kanala dovodi do hiperpolarizacije.

Receptor mora da prepozna tip energije i da amplifikuje signal. Sad više jedna

zanimljivost nego stvar za pamćenje: 1 foton aktivira preko metarodopsina 700 transducina u

roku od 100ms, to dovodi do hidrolize 1400 cGMP, što dovodi do zatvaranja kanala što blokira

ulazak 106 jona Na.

Šta se dešava sa trans-retinalom i opsinom? Oni se odvoje nakon završenog procesa i

nakon odvajanja dolazi do tzv. bleeching-a, odnosno izbeljivanja; roze rodopsin prelazi u bledi

opsin. Retinal se prevodi u retinol (vitamin A) koji se sprovodi u pigmentni epitel u koji su

ĉepići i štapići praktiĉno uronjeni. Tu se retinol transformiše u 11-cis retinal koji se vraća u

ĉepiće. Na taj naĉin se omogućava njegovo....

Terminacija signala predstavlja smanjenje koncentracije Ca. Aktivacija fosfodistaraze i

smanjenje cGMP-a dovodi do zatvranja kanala, ĉim se zatvori ovaj neselektivni kanal, ne ulaze

joni Na i Ca. Smanjenje Ca dovodi do toga da se aktivira guanil ciklaza koja dovodi do stvaranja

cGMP i u milisekundi prvi cGMP dovodi do otvaranja ovih kanala. I na taj naĉin se vrši

terminacija signala. Pad Ca- to je jedna fina klackalica koja ne dozvoljava da receptor bude

prekomerno ukljuĉen. MeĊutim, ovakva terminacija nije bas tako jednostavna, nije samo Ca

ukljucen u terminaciju odgovora već su ukljuĉeni i drugi molekuli.

Osim Ca, rodopsin kinaza fosforiliše rodopsin. Za ovako fosforilisan rodopsin vezuje se

arestin. (Arestin je još ukljuĉen u internalizaciju receptora za kateholamine.) Arestin se vezuje za

mesto vezivanja transducina i onemogućava njegovu vezu sa transducinom. To je prvi korak

terminacije. Drugi korak je hidroliza GTP-a koji vrši GAP protein koji se naziva RGS9-1 on

aktivira GTPaznu aktivnost, meĊutim ne zna se zbog ĉega ovaj GAP protein zahteva za aktivnost

prisustvo β5L subjedinice G protein. Kao produkt nastaje inaktivirana alfa-GDP transducina

87

koja sada disosuje od fosfodiestaraze (3.korak). Ĉetvrti korak je aktiviranje još jednog protein

GCAP (engl. guanylate cyclase activating protein) koji aktivira GC (guanil ciklazu) i obnavlja

cGMP i time promoviše ponovno otvaranje neselektivnih kanala za katjone zavisnih od cGMP.

Ono što je ĉudno to je fotoreceptorski potencijal- odgovor na svetlost hiperpolarizacijom

a ono što je neoĉekivano je da se sinapsa normalno ponaša. To znaĉi da na svetlosti

hiperpolarizacija dovodi do smanjenja oslobaĊanja glutamate, kao i u svakoj drugoj sinapsi, a u

mraku depolarizacija dovodi do povećanog oslobaĊanja glutamata. Glutamate se oslobaĊa u

sinapsi sa bipolarnim neuronima. Ti bipolarni neuroni ostvaru sinapsu sa 10 vrsta ĉepića ili sa

jednom vrstom štapića i sa druge strane tu se umeću horizontalne, amakrine ćelije koje ovu već

komplikovanu priĉu dodatno komplikuju jer uĉestvuju i u lateralnoj inhibiciji (ali zanemarićemo

ove horizontalne, amkrine ćelije za sada). Glutamate koji se sada oslobaĊa aktivira bipolarne

neurone koji se dele na dve vrste neurona. Jedna vrsta bipolarnih neurona tzv. “ON” neuroni

depolarišu na svetlosti, druga vrsta su “OFF” koji depolarišu u mraku. Npr. U mraku, osloboĊeni

glutamate će da hiperpolariše ovaj beli bipolarni neuron- vezuje se za metabotropne receptore za

glutamate i preko Go subjedinice i PDE dovode do smanjenja cGMP-a. S druge strane, glutamate

se na „OFF“ bipolarnim neuronima vezuje za AMPA receptore (za Kainat) i dovode do

depolarizacije. U mraku se depolarišu „OFF“ neuroni, a hiperpolarišu „ON“ bipolarni neuroni.

Osim toga, bipolarni neuroni ostvaruju sinapsu i sa jednom vrstom štapića. I ova vrsta

štapića ne deluje direktno već ovi bipolarni neuroni ostvaruju sinapsu sa štapićima, aktiviraju

amakrine A2 ćeije i preko njih aktiviraju „ON“ neurone a inaktiviraju „OFF“. I na taj naĉin se

umeću u proces sprovoĊenja signala.

Horizontalne, amakrine ćelije su ukljuĉne u lateralnu inhibiciju, šta se dalje dešava? Ove

bipolarne ćelije uspostavljau sinapsu sa ganglijskim ćelijama. Postoje dve vrste M (midget) i P

(parasol) ganglijske ćelije. Aksoni ovih gangliskih ćelija grade II kranijalni nerv koji sprovodi

signale u vidnu zonu kore velikog mozga. Prva struktura kroz koju prolazi II .kranijalni nerv iz ...

ukršta se u nivou optiĉke hijazme i odlazi u lateralno kolenasto telo koje je graĊeno iz 6 slojeva

neurona- ono je jedro talamusa. (Ne odlazi u folikule kore -oni nisu deo vidnog puta, kontrolišu

samo pokrete oĉiju u odnosu na svetlosni stimulus.). U VI, IV i I sloj stiţe informacija iz

suprotnog oka, a u V, III i II sloj iz istog oka. Prva dva neurona ovog lateralnog kolenastog tela

su magnocelularni i dobijaju informacije iz P ganglijskih ćelija (tu se završavaju aksoni), od M

88

ganglijskih ćelija tu su parvocelularni neuroni koji uspostavljau sinapsu sa III, IV, V i VI. Do

sprovoĊenja dalje do prednje kore velikog mozga vidne zone moţemo reći da su ove M gangliske

ćelije zaduţene za detekciju pokreta, pravca, orjentacije (obuhvataju malo receptivno polje) dok

P ganglijske ćelije (izgledaju kao padobrani) imaju veliko receptivno polje i odgovore su za

detekciju forme i boje.

Vlataste ćelije

Vlataste ćelije su zaduţene za odrţavanje ravnoteţe i za registrovanje zvuĉnih vibracija.

Nalaze se u okviru sakulusa i utrikusa ili polukruţnih kanala u unutrašnjem uhu ali nalaze se i u

okviru Kortijevog organa. Na apikalnom kraju nalaze se kinocilije (ukoliko ih ima) i snop

stereocilija 50-150. Na njima se nalaze „tip“ preklopne veze na kojima se nalaze nespecifiĉni

kanali za K. Kada se stereocilije pomere ka kinociliju za samo 0.5nm dovode do depolarizacije i

aktivacije ovih K kanala, dok odvajanje stereocilija od kinoclije dovodi do hiperpolarizacije i

zatvaranje kanala.

Vlataste ćelije su deo epitela koji razdvaja endolimfu od prelimfe. Koncentracija K u

endolimfi je sliĉna koncentraciji K kao u cerebrospinalnoj teĉnosti (izuzetno niska), 145mV je

gradijent izmeĊu koncentracije K u perilimfi i u endolimfi. Taj visok gradijent upravo odrţavaju

vlataste ćelije. Depolarizacija dovodi do otvaranja voltaţno-zavisnih kanala za Ca, dolazi do

egzocitoze granula sa neurotransmiterom (verovatno je to glutamat) i on sad aktivira okidanje AP

na senzornom neuronu. Tu se još nalaze voltaţno-zavsini kanali za K i Ca zavisni kanali za K

koji omogućavaju procese recirkulacije jona K. Izuzetno je vaţno odrţavanje koncentracije K u

endolimfi na niskom nivou.

Kako se to odvija? Scala vestibuli gde se nalazi perilimfa i gde je koncentracija K 5mM,

a koncentracija K u endolimfi je 150mM (veliki gradijent od 145mM), taj K je neophodan za

funkcionisanje vlatastih ćelija i on recirkuliše na ovaj naĉin:

Spoljašnje vlataste ćelije koje su zaduţene za amplifikaciju signala, u njih ulazi K preko

“tip” preklopne veze, a zatim prelaze (joni k) preko aktivnog transporta u Deiterove ćelije

(tamnoroze na slici) i to posredstvom K kotransporetra Kcc3, Kcc4, i kanala za K sa inverznom

(anormalnom) rektifikacijom Kir 4.1 . Zatim se K prenosi u sistem ćelija bazalne membrane,

Kortijevog organa u koje spadaju Hensenove ćelije i ćelije spoljašnjeg sulkusa. U pitanju se

89

ćelije koje su meĊusobno vezane mreţom pukotinastih veza i K putuje njima. Iz spoljašnjeg

sulkusa K prelazi u mreţu pukotinastih veza vezivnog tkiva koga ĉine fibrocite spiralnog

ligamenta- one takoĊe ĉine sistem ćelija koje su povezane meĊusobno pukotinastim vezama. Iz

ćelija spiralnog ligamenta K su prebacuje u Stria Vascularis i preko marginalnih ćeija dospeva u

Scala media odnosno u endolimfu.

Ono što je karakteristiĉno to je da su pukotinaste veze bazalne mebrane i vezivnog tkiva

obiluju koneksinima- polukanali koji formiraju pukotinaste veze. I naroĉito je vaţan koneksin 26

jer je ustanovljeno da mutacija koneksina 26 prouzrokuje vrlo ĉest oblik uroĊenje gluvoće.

Na koji naĉin se sada vrši transport, odnosno repetiranje kanala? Evo ga spoljni sulkus

kroz koji u sistem fibrocita spiralnog ligamenta ( koji je takoĊe sistem ćelija povezanih

pukotinastim vezama) K ulazi preko Na/K- ATPaze i preko NKCC1 kotransporetar.Znaĉi, ĉim

dospe u fibrocite spiralnog ligamenta K se pukotinastim vezama sprovodi koz ove ćelije i zatim

se preko kanala za K sa inverznom rektifikacijom 4.1 tako da ulazi u stria vasculais. Iz strie

vascularis u marginalne ćelije ubacuje se Na/K-ATPazom i NKCC1 kotransportera. Na suprotnu

strane recirkularizaciju vrši voltaţno-zavisan kanal za K Kv 7.1 i KCNE1 takoĊe voltaţno-

zavisan kanal za K.

Na ovaj naĉin preko sistema ovih transportera i Na/K-ATPaze vrši se recikliranje K.

Transmisija signala se vrši pomeranjem stereocilija, aktiviralo se ovo recikliranje K i

endocitoza granula sa glutamatom koji sada aktivira vestibularni nerv (u sastavu VIII nerva) koji

dolazi do vestibularnih jedara produţene moţdine i zatim odlazi u mali mozak (arhicerebelum),

talamus pa u kiĉmenu moţdinu i omogućava nam odrţavanje ravnoteţe.

S druge strane, spoljašnje i unutrašnje vlataste ćelije grade auditorijalni nerv (u sastavu

vestibularnokohlearnog VIII nerva) kojim se informacije prenose u donje folikule, pa u

medijalno kolenasto telo i na kraju u temporalni deo slušne koru, oko slepooĉnog dela nalazi se

primarna zona a centralne zone se nalaze okolo i one nam omogućavaju da zvuk interpretiramo i

ne shavtimo ih kao proste vibracije i da shavtimo o kakvoj vrsti zvuka se radi.

90

Hormoni koji utiču na ishranu

AcCoa – produkt razgradnje AK, masnih kiselina, piruvata. Prekursor za sintezu ATPa

Insulin

Insulin se sintetiše u beta ostrvcima endokrinog pankreasa. Gen za insulin, poseduje

promotorski region i TATA box, mesto poĉetka transkripcije. Nakon transkripcije koju

favorizuje povišena cc glukoze i cAMP-a, iRNK za inslulin se transportuje u citoplazmu, gde se

vezuje za SRP – signal recognition particle. Sve ovo favorizuje povišena cc glukoze. Nakon

translacije, dobija se preproinsulin, koji poseduje A lanac, B lanac i C lanac koji spaja A i B. U

endoplazmatiĉnom retikulum vrši se obrada, savijanje i formiranje disulfidnih veza, a zatim u

Goldţiju dolazi do dodatne obrade – isecanja C lanca, ĉime nastaje zreo insulin.

U beta ćelijama pankreasa, nakon vezivanja i ulaska glukoze kroz GLUT2 transporter,

pokreću se metaboliĉki procesi koji dovode do porasta ATP-a u odnosu na ADP, dolazi do

inhibicije otvaranja kanala za K, koji ne moţe da napušta ćeliju. Rezultat je depolarizacija, koja

dovodi do otvaranja VZK za Ca i egzocitoze granula sa insulinom. Galektin u membrani

interaguje sa GLUT2. Miševi sa mutacijom u genu za enzim koji modifikuje galektin, su

hiperglikemiĉni. Galektin stabilizuje GLU2 u membrani beta ćelija pankreasa, pa kada nema tog

enzima, galektin se udaljava od transportera. Favorizuje se tada njegova internalizacija u

endozom i spajanje s lizozomom, npr.

91

OslobaĊanje insulina je bifaziĉno. Prva faza – oslobaĊanje već sintetisanog insulina. Pola

sata posle stimulacije oslobaĊa se i odreĊena koliĉina novosintetisanog insulina.

Insulin je najpotentniji anaboliĉki hormon, on stimuliše sintezu ugljenih hidrata, proteina

i lipida. Utiĉe na vezikularni transport, aktivaciju i inaktivaciju kinaza i fosfataza, ćelijski rast i

diferencijaciju i regulaciju transkripcije. Dejstvo insulina na jetru ogleda se u preuzimanju

glukoze iz krvi (hipoglikemijski efekat), sinteze glikogena, stimulacija glikolize i produkcije

ATP-a, sinteza SMK i triglicerida. Jetra je metaboliĉki zonirana, u prefrontalnim hepatocitima

vrši se glukoneogeneza, a u perivenoznim glikoliza, zato što se oni nalaze pored vena, produkti

se isporuĉuju u krvotok a i visoka je zastupljenost kiseonika. U mišićima se takoĊe promoviše

preuzimanje glukoze iz krvi a dalje i povećanje rezervi glikogena. U masnom tkivu se takoĊe

povećava preuzimanje glukoze iz krvi, koja ulazi u proces glikolize. Nastaje glicerol fosfat koji

se koristi za sintezu triglicerida. Insulin u adipocitipa inhibira lipazu.

Na mišićnim ćelijama i adipocitima, nakon vezivanja insulina za insulinski receptor,

stimuliše se ugradnja GLUT4 transportera u membranu!

Insulinski receptor poseduje Tyr kinaznu aktivnost. Sastoji se iz dve α i dve β

subjedinice. α su vezane jednim disulfidnim mostom, a svaka od α je vezana disulfidnom vezom

sa „njenom“ β subjedinicom.

Brojni adapterski proteini se vezuju za receptor kada je u aktivnom fosforilisanom stanju.

Gab-1 nakon vezivanja za receptor biva aktiviran, interaguje sa Shp2, koji aktivira MAPK

signalni put. Do istog ishoda dovodi i interakcije Shc proteina sa Grb2 adapterskim proteinom.

IRS1-4, supstrat insulinskog receptora, aktivira PI3K što pokreće aktinski put, koji moţe biti

povezan sa ćelijskom proliferaijom (Akt).

Naime, nakon vezivanja dva molekula insulina za alfa lance insulinskog receptora, dolazi

do aktivacije beta lanaca, i fosforilacije tirozinskih ostataka na intracelularnom domenu beta

lanaca. IRS se vezuje za te tirozine i sam se aktivira fosforilacijom. On zatim aktivira PI3K, koja

s jedne strane aktivira PIP3, koji aktivira Akt, a s druge GRP1/ARNO, koji aktivira ARF,koji

aktivira fosfolipazu D. Ona fosforiliše vezikule sa GLUT4, vezikula se pomera ka membrani i

transporter se ugraĊuje u istu. PIP3 moţe da deluje i indirektno, tako što aktivira PDK1-

fosfoinozitol zavisna kinaza, koja moţe da aktivira bilo PKC biloAkt, dovede do pomeranja

vezikule sa Glut4 ka membrani.

Insulin moţe i na naĉin nezavisan od PI3K, koji je povezan sa lipidnim ostrvcima. Kada

se veţe insulin, aktivira se receptor, a zatim i APS, koji se veţe sa Cbl. Cbl se dalje vezuje za

CAP. Dalje dolazi do aktivacije brojnih proteina, dok se na kraju ne aktivira TC10, koji da bi

bio aktivan, mora biti posttranslaciono modifikovan farnelizacijom i palmitoilacijom. TC10

stimuliše ugradnju GLUT4 u regionu lipidnih ostrvaca/kaveola, preko interakcije sa kaveolinom.

92

U bazalnom stanju, kada nema insulina, i receptor nije stimulisan, GLUT4 se mahom

nalazi u citoplazmi, privezan za aktinske filamente. Nakon nadolaska stimulusa, vezikula sa

GLUT4 poĉinje da se kreće ka membrani, prvo dolazi do polu ugradnje a zatim se potpuno

ugraĊuje u membranu.

Kako dolazi do terminacije ovog procesa?

Lipidna fosfataza deluje na PIP3. TakoĊe postoji još jedna kinaza serin/treonin, koja

fosforiliše receotor pre no što se za njega veţe insulin, što moţe dovesti do insulinske

rezistencije. PTP1B svojom fosfataynom ativnošću otklanja fosfatne grupe sa IRS, PI3K, samog

receptora, Cbl, i tako dovodi do terminacije signalnog puta pokrenutog od strane insulina

Glukagon

Ima antagonistiĉki efekat u odnosu na insulin. On povećava konccentraciju AK; glukozu

izbacuje u krvotok...

JETRA

- INAKTIVIRA GLIKOGEN SINTETAZU

- AKTIVIRA FOSFORILAZU α → GLIKOGENOLIZU

- GLUKONEOGENEZU (laktat, piruvat, arginin, alanin)

MASNO TKIVO – LIPOLIZA

U hepatocitima: kada doĊe do smanjena konc glukoze u krvi, aktivira se AC, povećava se

koliĉina cAMPa, on aktivira fosforilazu B, koja poveććava cc glukozo1fosfata, koji se prevodi u

glukozu.

Sinteza glikogena: Glukoza se preuzima iz krvi, aktivira se glikogen sintetaza D i nastaje

glikogen.

Normalno bazalno stanje: raznoteţa izmeĊu glukagona i insulina. Gukagon – 10 g/h. U mozak

ide 60% glukoze.

Prilikom veţbanja: raste cc glukagona, opada insulina, glukagon deluje na jetru, da oslobodi

glukozu, koja se prvenstveno šalje u mišiće.

Nakon ugljenihidratnog obroka : ravnoteţa se pomera ka insulinu, koji deluje na jetru, mišiće i

masno tkivo da preuzimaju glukozu i skladište je u vidu glikogena!

93

LEPTIN – regulator apetita

Uĉestvuje u brojnim procesima. Regulacija telesne mase i apetita, zarastanje rana,

reprodukcija, imunitet... angiogeneza, remodeliranje kosti... kardiovaskularne fje,

antikonvulzivno dejstvo. Odusutvo leptina, ili njegovog receptora, dovodi do nekontrolisanog

unosa hrane, i rezultuje gojaznošću. Iako je leptin cirkulišuće molekul koji redukuje apetit,

gojazni ljudi generalno imaju veoma visoku cc leptina u cirkulaciji, ali je on nefunkcionalan.

Ljudi koji su gojazni, kod njih je povećana cc leptina u krvi. Oni sintetišu nefunkcionalan

leptin, koji ne moţe da ispolji svoju fju.

Leptin koji se luĉi u hipotalamus zaduţen je za dugoroĉnu regulaciju apetita.

Postoje tri forme receptora za leptin : kratka forma ObrS, duga forma Obrl, SLR –

solubna forma, za nju se leptin vezuje u cirkulaciji, ona nastaje dejstvom matriksnih

metaloproteinaza. Duga forma receptora ObrL ima najveći signalni kapacitet. Poseduje dva Box-

a u intracelularnom domenu, za koje se vezuje JAK2, kao i mesta vezivanja za STAT3 i SHP2.

Kratke forme nastaju alternativnom obradom primarnog transkripta.

Kada se leptin veţe za ekstracelularni domen receptora, dolazi do njegove aktivacije i

dimerizacije. Za aktivirani receptor se vezuje JAK2 kinaza, koja fosforiliše samu sebe ali i sam

receptor. To omogućava vezivanje STAT3. On moţe direktno da ode u nukleus i reguliše

transkripciju brojnih gena.

32. Terminacija preko PTP1B, koja otklanja fosfate sa JAK2, samog receptora...

(33.)Moţe takoĊe da aktivira SOCS3, što je naĉin da se ovaj signalni put zaustavi. Hroniĉna

aktivacija SOCS3 dovodi do leptinske rezistencije!

34. slajd mi se ĉini da je pedja preskoĉio

35. Insulin preko IRS moţe da uĉestvuje u aktivaciji JAK2 ali i STAT3 Kada se veţe za svoj

receptor, receptor se aktivira, i za njega se veţe IRS. IRS dalje, stimuliše aktivnost JAK2 i

STAT3, koji su vezani za intracel domen reeceptora za leptin.

Dalje, leptin, moţe da aktivira puta PLC...PIP2 se razgraĊuje na IP3 i DAG. PKC

aktivirana, dalje aktivira JNK kinazu, koja fosforiliše c-Jun, koji stimuliše transkripciju

odreĊenih gena – ćel proliferacija i diferencijacija.

SHP2 koji ima vezivano mesto na intracelularnom domenu leptinskog receptora, moţe da

se aktivira fosforilacijom, i da aktivira Grb2. Grb2 aktivira Ras, koji pokreće tri puta: MAPK

signalni put, koji vodi ka aktivaciji c-Fos, p38, koji dovodi do ekspresije TNFalfa i p4244, koji

dovodi do ekspresije NOS – lipolize i vazokonstrikcije.

94

Kros tok izmeĊu insulinskog i leptinskog puta: JAK kinaza moţe da aktivira IRS (a

znamo da se on aktivira vezivanjem za fosforilisane tirozine intracelularnog domena beta lanaca

insulinskog receptora).

CNS, JETRA, ADIPOZNO TKIVO...

Leptin se veţe za receptor, dimerizacija. JAK kinaza se veţe za receptor, autofosforiliše i

fisforiliše sam receptor. IRS1/2 se vezuje za fosforilisane tirozine, aktivira se i aktivira PI3K.

Dalje PI3K aktivira Akt, smanjuje se koncentracija cAMP i NPY, što vodi sprečavanju unosa

hrane. TakoĊe Akt dovodi do ekspresije POMC gena, nastaje alfa-MSH koji spreĉava unos

hrane takoĊe (videti u delu o grelinu, slika efekata leptina i grelina).

Antikonvulzivni efekti leptina u hipotalamusu, on inhibira AMPA receptore za glutamat, preko

JAK2/PI3K i onemogućava da doĊe do ekscitatacije, mogao bi da se koristi kao antiepleptiĉni

lek.

Adiponektin

Sintetiše se u belom masnom tkivu (najveća cc adiponektina), jetri, hipofizi, slezini,

meĊumozgu, skel mišićima i bubrezima. On reguliše ekspresiju insulina (UP), a glukokortikoida

i TNFalfa (DOWN). Ima antitinflamatorno dejstvo.

U cirkulaciji se moţe naći u razl formana – globularni, intaktni monomer, hexamer,

oligomeri velikih mol masa.

U gladovanju dolazi do povećanja cc adiponektina. Vezuje se za receptor AdipoR1, koji

je spregnut sa G proteinom... aktivira se AMPK, koji dalje aktivira CAMKK2. Favorizuje se

aktivacije NPY, koji vodi ka unosu hrane.

Adipotenktin iz masnog tkiva izlazi u cirkulaciju. Inhibira glukoneogenezu, AMPK

zavisno smanjenje ekspresije G6P

Aktivira oksidaciju masnih kiselina, AMPK zavisna fosforilacija acetilCoa karboxilaze,

smanjuje cc malonil Coa, povećava Beta oksidaciju masnih kiselina u mitohondrijama , utiĉe na

translokaciju GLUT4 i stimuliše preuzimanje glukoze.

GRELIN

Grelin stimuliše unos hrane. Ţeludac, pankreas, glomerulus bubrega i hipotalamus,

blizina nc.arquatusa mesta su luĉenja grelina.

Pre nego što je otkriven grelin, otkriven je receptor za grelin GHSR.

Efekt moţe da bude direktno na nivou CNSa... povećanje cc grelina u cirkulaciji kada

smo gladni i kod ljudi koji su obolelui od anorexia nervosa. Da bi mogao da bude aktivan

biološki, neophodno je da dodje do posttranslacione modifikacije oktanoil grupom, što radi

95

grelin o acetil transferaza.Ne zna se koji je grelin aktivniji, oni koji se sintetiše u hipotalamusu,

ili onaj u stomaku. To je zato što se ne zna koliko je sposoban da proĊe kroz KMB. Zna se da

grelin aktivira neurone u kojima se sintetiše Neuropeptid Y, koji stimuliše unos hrane.

Molekularni mehanizam dejstva grelina

Grelin se vezuje za svoj receptor, GHSR, aktivira se G protein q, odnosno Gαq

subjedinica, koja aktivira PLCβ. Dalje, poznati put, PIP2, IP3, DAG.

Ca se oslobaĊa iz ER-a, Ca2+

vezuje kalmodulin (CaM) → aktivacija CaMKK →

aktivacija AMPK – AMPom aktivirana protein kinaza. Zatim doazi do fosforilacije TSC1/TSC2,

koji stimulišu GTPazu Rheb, što spreĉava aktivaciju mTOR i doprinosi porastu apetita.

Još jedan target grelina postoji: Acetyl-CoA karboksilaza (ACC) je supstrat grelinom

aktivirane AMPK. U apsorptivnom stanju (GLU ) ACC posredovana sinteza malonil-CoA, što

rezultira inhibicijom β-oksidacije.

Grelinom posredovana aktivacija AMPK dovodi do fosforilacije i inaktivacije acetil-CoA

karboksilaze. Sledstveno smanjenje sinteze masnih kiselina i povećanje stope b-oksidacije

doprinosi formiranju osećaja gladi.

Suprotno dejstvo grelina i leptina na unos hrane, leptin sprečava, grelin stimuliše

PONAVLJANJE

Receptor za insulin prvo aktivira IRS-1. On dalje aktivira kinazu odgovornu za sintezu PIP3

(PI3-K), PIP3 dalje aktivira fosfoinozitol zavisnu kinazu 1 (PDK1), a ona zatim aktivira protein

kinazu C i protein kinazu 1. Na drugom delu slike, predstavljen je naĉin ulaska glukoze u mišić

dok veţbamo, naime, do njenog ulaska dolazi na onaj drugi naĉin, posredstvom CBL

protoonkogena koji aktivira niz proteina dok ne dodje do aktivacije kljuĉnog enima - TC 10

GTP-aza.

96

Sledeća šema pokazuje naĉin na koji udruţeno deluju insulin i leptin.

Leptin aktivira Janus kinazu i ona moţe da aktivira IRS koji dalje deluje na p85 (koji je

inaĉe katalitiĉka jedinica malopre spomenutog enzima PI3-K). To je naĉin na koji, na nivou

ćelije, oni dovode do razliĉitih bioloških posledica. Insulin i leptin su vrlo spregnuti, dakle ne

moţemo ih posmatrati odvojeno.

Molekularni mehanizmi lučenja sekreta digestivnog trakta

Sekretorni put je otkrio i opisao George Palade 1975. godine i za to je dobio Nobelovu

nagradu za fiziologiju i medicinu. Danas se zna da nije u pitanju jednostavan, gladak,

kontinuiran put već da je u pitanju serija skokovitih translokacija sintetisanog produkta iz jednog

ćelijskog odeljka u drugi. Dakle, nije u pitanju gladak put već je u pitanju niz skokovitih

translokacija, odnosno, stvaranja sekretornih granula koje prolaze kroz faze pupljenja (fisije),

zatim fuzije sa sledećim odeljkom ćelije i svaka od ovih faza je paţljivo orkestrirana i regulisana.

U sekretornom putu u pitanju su proteini kao što su pankreasni enzimi, enzimi pljuvaĉnog soka

itd. Ovi enzimi se stvaraju na ribozomima gER-a. U gER-u se dodaje tipiĉna signalna sekvenca

koja se nalazi na N-kraju ili oko N-kraja proteina. Signalna sekvenca determiniše put sekretorne

vezikule tj. sudbinu tog proteinskog produkta. Zatim, proteiniski produkt dolazi do

translokacionog aparata koji se nalazi izmeĊu gER-a i Goldţijevog kompleksa. Translokcioni

aparat ukljuĉuje formiranje ,,pokrivajućih“ vezikula (COP-coated vezikule), u pitanju su

vezikule koje su prekrivene specifiĉnim proteinima i ti proteini omogućavaju da se vezikula

oformi, da se otkaĉi od ER-a i da doĊe do sledećeg odeljka ćelije a to je cis-Goldţi mreţa gde

dolazi do njene fuzije, zatim se tu stvara sledeća COP vezikula koja se prebacuje na trans-Goldţi

mreţu, COP vezikula u trans-Goldţi mreţi se pretvara u regulatornu sekretornu vezikulu.

Regulatorne sekretorne vezikule imaju poĉevši od trans-Goldţi mreţe dve sudbine. Prva je da

mogu da poĊu duţ regulisanog sekretornog puta kao što je sluĉaj sa endokrinim i egzokrinim

ćelijama i neuronima, neurotransmiteri i hormoni determinišu sudbinu vezikula i odluĉuju

momenat njihove egzocitoze. S druge strane, imamo neregulisani (konstitutivni) sekretorni put

gde kada nastane konstitutivna sekretorna vezikula momentalno se izluĉuje, dakle, ne ĉeka neki

stimulus.

97

Kada govorimo o pokrivajućim proteinima danas se zna da postoje, najmanje, tri vrste

,,pokrivajućih“ (coat) proteina. Jedan od njih su klatrini, omogućavaju pokrivanje vezikula koje

se transportuju od ćelijske membrane do endozoma (proces endocitoze) i transportuju proteine

od endozoma do trans-Goldţi mreţe. Sledeća grupa proteina su COPII proteini vezikule koji

omogućavaju transport novosintetisanih proteina iz ER-a. Treća grupa su COPI proteini

vezikula, dakle vezikula pokrivena kompleksom I, koji omogućava transport izmeĊu odeljaka

Goldţi mreţe izmeĊu cis i trans i obrnuto, izmeĊu trans i cis, odnosno, izmeĊu cis i ER-a tj.

omogućava povratni transport vezikula. Za sva tri pokrivajuća proteina karakteristiĉno je da

poseduju 2 strukture: α solenoide i β propelere. α solenoidi su specifiĉno uvijeni α heliksi koji

imaju ĉvršću graĊu u poreĊenju sa obiĉnim α heliksom. β propeleri su predstavljeni cilindrima

koji se nalaze ili na C-kraju α solenoida ili na N-kraju α solenoida. Klatrini formiraju triskelion,

to su u stvari tronsošci koji imaju tri noţice od α solenoida i na kraju se nalaze β propeleri.

Triskelioni kada pokriju vezikulu formiraju tzv. ikosaedralnu strukturu. COPII kompleks se,

takoĊe, sastoji od α solenoida i β propelera i COP II ĉini heterotetramer, odnosno, dimer koga

ĉine Sec13 i Sec31. Sec31 je α solenoid koji se udruţuje na N-kraju sa Sec13 koji predstavlja β

propeler, a sa C-kraja Sec31 regrutuje još jedan dimer koji se naziva Sec23/Sec24 i ovaj dimer

predstavlja adaptin. U principu, ovi pokrivajući molekuli se uvek udruţuju sa još jednim setom

proteina koji se nazivaju adaptorni proteini, adaptini ili adaptori, svejedno je kako ih imenujemo.

COPII ima neku štapićastu strukturu i udruţuju se tako da kada pokriju vezikulu grade

suboktaedralnu strukturu. Ono što je interesantno je da su ovi α solenoidi graĊeni tako da imaju

mogućnost ,,uvrtanja” i tako mogu da pokriju vezikulu razliĉite veliĉine, dakle, više se skupe

kada je vezikula mala i mogu više da se rašire kada je vezikula veća. Treća vrsta molekula je

COPI koji formira triskelione (tronošce). COPI predstavlja kompleks saĉinjen od 8 razliĉitih

proteina. Triskelione grade α, β′ i ε-COP proteini, u pitanju je heterotrimer, na C-kraju

heterotrimera nalazi se ε subjedinica koja regrutuje adaptin koga formiraju β, γ, δ i δ-COP

proteini.

4. SLIDE:

E sad da vidimo kako se ovi proteini organizuju. Sintetisali smo pankreasni enzim u ER.

Sad taj sadrţaj mora da predje iz ER-a i da se spoji sa cis-golgi-vezikulom. Dakle, sad se na

membrani ER-a polimerizuju ovi COP-II molekuli. Oni su vezani za Sec23/Sec24 adaptine i oni

98

sada uspostavljaju vez usa membranskim CARGO proteinima (to su oni proteini zbog kojih se

formira vezikula, oni treba da se prenosu iz jednog odeljka u drugi). Npr. CARGO protein je

pankreasni enzim. Dakle, sad ovi COP molekuli uspostavljaju vezu sa membranskim CARGO

proteinom i sa receptorima koji vezuju solubilne CARGO proteine. Tipiĉan receptor za solubilne

CARGO je ovaj ERGIC-53, koji omogućava formiranje vezikule koja će da predje iz ER-a (zato

je ER-GIC) u prostor izmedju ER-a i kompleksa Golgi. Da bi se formirala vezikula, neophodni

su mali GTP-vezujući proteini. Ovo je mali GTP-vezujući protein koji se spaja sa COP

proteinima. Oni su neophodni da bi doslo do fisije vezikule, da se ona odvoji, u ovom sluĉaju, od

ER-a, i ono što ćemo videti kasnije je da ovi COP proteini moraju da se sklone da bi kasnije

došlo do fuzije vezikule sa cis-membranom. Znaĉi, hidroliza GTP-a omogućava fisiju vezikule i

odvajanje COP proteine pre fuzije. Ono što je zanimljivo je da kada su u pitanju COP I ili II

vezikule, ovaj mali GTP-vezujući protein je dovoljan da bi došlo do fisije vezikule, a kad je u

pitanju klatrinska vezikula, ovaj mali GTP-v-p kada izvrši hidrolizu daje energiju samo za

vezivanje dinamina, a dinamin je taj koji omogućava da se vezikula otkaĉi. Dakle, sad smo

formirali vezikulu zahvaljujući svim ovim proteinima, sada se ova vezikula fuzioniše sa cis-

Golgi mreţom. Pre fuzije je neophodno da se ovi proteini sklone, jer oni ne dozvoljavaju fuziju

vezikula sa cis-Golgi. Znaĉi, dolazi do separacije CARGO proteina za dalji transport. Svi ovi

proteini koji se odvajaju, dalje nemaju nikakvu funkciju, jedan takav protein je ERGIC-53.

5. SLIDE:

Sadrţaj iz vezikule prelazi u cis-Golgi, a zatim i u trans-Golgi, i kada se taj sadrţaj

izruĉi, neophodno je da se formira nova vezikula- COP I.

Sada COP I molekuli polimerizuju duţ membrane cis-Golgi, oni su vezani za svoje

adaptine (β, γ, δ, i δ-COP adaptine). Opet se uspostavlja kontakt sa membranskim CARGO

proteinima, sa membranskim receptorima za solubilne CARGO proteine i sa malim GTP

vezujućim proteinima, koji je u sluĉaju COP I vezikule Arf-1 (u COP II je Sar 1). Hidroliza

GTP-a neophodna da dodje do fisije od cis kompleksa, i ona se, dakle, dalje usmerava ka trans-

Golgi mreţi gde se sada vrši sortiranje i pakovanje u sekretorne vezikule. Sada ova sekretorna

vezikula moţe krenuti razliĉitim putevima. Ili ulazi u regulisani put, gde vezikula ĉeka signal da

bude izluĉena, ili ulazi u neregulisani put gde se odmah izluĉuje.

99

6 SLIDE:

Na koji naĉin sada vezikula fuzioniše sa target-membranom? Ne moţe svaka vezikula da

fuzioniše sa svakom membranom, već je ovaj proces taĉno determinisan. Fuzija se ne odvija

spontano zbog odbijanja negativnih fosfolipida membrana u kontaktu, zatim sami COP proteini

ne dozvoljavaju fuziju, znaĉi pre samog ukotvljavanja mora doći do gubljenja COP proteina.

Znaĉi, kada vezikula mikrotubulama stigne do membrane, ona gubi COP proteine i eksprimira

proteine za premošćavanje. Pominjali smo već SNARE molekule- Soluble NSF Attachment

Protein Receptor. Vezikula eksprimira v-SNARE protein, a ciljna membrane t (target)-SNARE

proteine. U pitanju je omĉica na vezikuli koja treba da se zakaĉi za istu takvu omĉicu na target-

membrani. Da bi došlo do fuzije neophodan je SNAP (solubilni protein koji za sebe kaĉi NSF), a

NSF je NEM-senzitivni faktor. Za fuziju je takoĊe neophodan mali GTP protein koji dovodi do

hidrolize GTP-a i daje energiju za fuziju vezikule sa membranom i pomaţe sticanje ovog

OMEGA profila. NSF faktor je neophodan da bi kompleks disosovao, odnosno da se v-SNARE

otkaĉi od t-SNARE.

7 SLIDE:

Na ovoj slici imate sve što smo da sada priĉali, od ER-a, COP II, COP I vezikule, do

momenta fuzije. Na taj naĉin se vrši fuzija i zato se kaţe da je sekretorni put izuzetno precizno

orkestriran i organizovan.

Sekrecija pankreasnog soka

Šta se sada dalje dešava sa sekretom digestivnog trakta? Enzimi se sintetišu u acinusnim

ćelijama pankreasa, a od tih acinusnih lobusa kreću kanalići obloţeni niskim epitelom koji

dodaje još jednu komponentu pankreasnom soku, a to su bikarbonati, dakle bazna komponenta.

*Objašanjava sl: visoke acinusne ćelije sa bogate mitohondrijama sa mnoštvom zimogenih

granula (regulisana sekrecija) i niske epitelne ćelije kanalića. Dakle, enzimi se sintetišu na gER

odakle putem COPII i COPI vezikula dospevaju do cis, a zatim i trans Goldţi cisterni. Nakon

odvajanja vezikula od trans Goldţi cisterni sledi kondenzacija njihovog sadrţaja, ĉime dolazi do

stvaranja kondenzacione vezikule koja se odlikuje niţim pH. Dalja kondenzacija rezultira

stvaranjem zimogene granule, koja je u odnosu na kondenzacionu još gušćeg sadrţaja i manja

30%. Upravo zimogena granula je ta koja je spakovana, spremna i ĉeka stimulus. Ona dalje

100

putuje od trans Goldţi kompleksa do apikalne membrane gde će se izvršiti egzocitoza, tokom

koje (naravno, nakon obroka) dolazi do uvećanja apikalne membrane od ĉak 30x. Zimogene

granule se dovode u kontakt zahvaljujući jednoj vrsti aktinske mreţe, dok druga aktinska mreţa

stoji uz samu apikalnu membranu i spreĉava fuziju. CCK (stimulus za luĉenje pankreasnih

enzima) omogućava reorganizaciju te druge aktinske mreţe ĉime je omogućena fuzija zimogene

granule sa apikalnom membranom. Dakle, ćelija stimulisana posredstvom Ach ili CCK koristi

regulisani sekretorni put, meĊutim, meĊu acinusnim ćelijama prisutan je i konstitutivni, doduše

minimalan, neregulisani sekretorni put. To znaĉi da acinusna ćelija konstantno izbacuje male

sadrţaje zimogenih granula. Taj sadrţaj predstavlja mešavinu od oko 20 proteina (neaktivne

forme tripsina i himotripsina-tripsinogen i himotripsinogen; prokarboksipeptidaza A i B;

proelastaza; proproteaza E; amilaza; lipaze; RNAza; DNAza; kolipaza; inhibitor tripsina;

lithostatin; glikoprotein 2). Da bi došlo do luĉenja pankreasnog soka neophodan je Ach (nervna

kontrola) i CCK, koji luĉe ćelije duodenuma stimulisane produktima razlaganja hrane (peptidi,

SMK dugih lanaca, AK). Još jedna interesantan povratna sprega koja govori o tome kako je

digestivni sistem organizovan da sam sebe kontroliše je da se CCK sekretuje i u odgovoru na

CCK-oslobađajuće faktore, sintetisane od strane mukoznih ćelija duodenuma. To su peptidi

koje pod bazalnim uslovima razgraĊuju oni konstitutivno sekretovani enzimi, te CCK-

oslobaĊajući faktori neće biti u mogućnosti da isprovociraju luĉenje CCK onda kad to nije

potrebno. MeĊutim nakon obroka enzimi se usmeravaju na razlaganje komponenata hrane,

njihov nivo se povećava, a sledstveno i CCK. Ono što je interesantno je da pankreas ima najveći

kapacitet za sintezu proteina u odnosu na sve druge organe (5-15 g/dan). Ta sinteza se odvija u

acinusnim ćelijama pod dejstvom razliĉitih faktora, pre svega CCK, koji se vezuje za receptore

CCKA. To predstavlja direktan mehanizam delovanja. Indirektno, CCK moţe delovati i

stimulacijom parasimpatiĉkog nervnog sistema, na ĉijim krajevima se luĉi Ach, koji će se

sledstveno na površini acinusne ćelije vezati za M3 receptore i preko dobro poznatog puta, koji

ukljuĉuje Gαq subjedinicu, PLC, IP3 i DAG dovesti do nagomilavanja Ca2+

(IP3 ga oslobaĊa

iz intraćelijskih depoa, a DAG preko PKC ubacuje iz ekstraćelijske sredine). Povećanje nivoa

Ca2+

dovodi do njegovog vezivanja za CaM, koji dalje aktivira CaM-zavisne protein-kinaze.

Sem CCK i Ach, na egzocitozu zimogenih granula acisnusnih ćelija u znaĉajnoj meri utiĉe i VIP

(sintetiše se u neuronima, izolovan prvobitno iz onih koji inervišu digestivni trakt, ima

101

vazodilatatorno dejstvo), što je jasno ilustrovano na grafikonu koji se tiĉe kinetike sekrecije

amilaze (slika 1).

VIP se vezuje za VPAC2 receptore i delije preko Gαs subjedinice, AC, cAMP i PKA.

Preko istog signalnog puta i sekretin u manjoj meri utiĉe na egzocitozu pankreasnih enzima.

Sumarno, PKC, PKA i CaM-zavisne protein-kinaze fosforilišu strukturne i regulatorne

proteine, ĉime dolazi do egzocitoze sadržaja zimogenih granula. Na acisnusnim ćelijama

okarakterisani su i receptori za: GRP, CGRP, insulin, somatostatin, ali još uvek nije poznato

preko kog signalnog puta i na koji naĉin deluju na acinusnu ćeliju.

Sem što luĉe pankreasne enzime, acinusne ćelije imaju mogućnost i luĉenja izotoniĉnog rastvora

NaCl. Za njegovo luĉenje odgovorni su, pre svega, kanal za Cl-, pozicioniran na apikalnoj strani

membrane acinusne ćelije, i NKCC transporter na bazolateralnoj strani. Ovaj transport se

odigrava zahvaljujući Na+/K

+-ATPazi na bazolateralnoj membrani, koja odrţava nizak nivo Na

+

u ćeliji, na osnovu kog operiše NKCC transporter, koji treba da ubaci Cl- .

Cl-

se sada nagomilava u ćeliji i kroz ovaj kanal za Cl-

koji se nalazi na apikalnoj

membrani izlazi. Na taj naĉin doprinosi stvaranju izotoniĉnog rastvora NaCl u lumenu

duodenuma. Na+ prati Cl

- pasivno tj. paracelularno, preko “tesnih” pora zajedno sa H2O, a H2O

prolazi još i kroz akvaporine koji se nalaze na acinarnim ćelijama. K+ koji se ubacuje u ćeliju,

zahvaljujući radu Na-K ATPaze, se izbacuje preko kanala za K+ koji se nalazi na bazolateralnoj

membrani. Na proces stvaranja ovog izotoniĉnog rastvora NaCl utiĉu acetilholin, holecistokinin i

gastrin oslobaĊajući peptid (GRP). Zna se da utiĉu preko Ca-signalnog puta, ali se ne zna krajnji

efekat tih signalnih puteva. Predpostavlja se da se fosforilišu kanali za K+ i Cl

-.

Epitelne ćelije duktusa dodaju baznu komponentu. Zašto se uopšte dodaje bazna

komponenta? Za neutralizaciju kiselosti hrane koja dolazi iz ţeluca. Zbog toga je jako vaţno

delovanje ovih epitelnih ćelija kanalića pankreasa koje dodaju bikarbonate sadrţaju pankreasnog

soka. Cl-/HCO3

- izmenjivaĉ ubacuje HCO3

- u lumen duktusa. Sada da vidimo odakle Cl

- i HCO3

-

u ćeliji. Izvor HCO3- je Na

+-HCO3

- kotransporter (NBC) i on ubacuje ova dva u ćeliju. Drugi

izvor HCO3- je karboanhidraza koja katalizuje reakciju izmeĊu H2O i CO2, stvara se slaba

ugljena kiselina, koja disosuje na HCO3- i H

+. Sad imamo problem nagomilavanja H

+ u ćeliji

duktusa. Njih izbacuje Na+/H

+ izmenjivaĉ (NHE), koji funkcioniše zahvaljujući Na-K ATPazi, i

102

H+ pumpa, koja troši ATP direktno i izbacuje H

+ u intersticijum. Dakle, Na-K ATPaza

omogućava funkcionisanje NHE i NBC-a.

Sad se postavlja pitanje šta tu sad radi sekretin. Uĉili smo da sekretin utiĉe na stvaranje

bikarbonatne faze pankreasnog soka. Sekretin se vezuje za svoje sekretinske receptore (SCTR) i

preko signalnog puta cAMP i PKA fosforiliše kanal za Cl- koji se nalazi na membrani na kojoj

se nalazi i Cl-/HCO3

- izmenjivaĉ. Ovaj kanal za Cl

- je, u stvari, transmembranski regulator

cistiĉne fibroze (CFTR). Dakle, njegovom fosforilacijom omogućen je izlazak Cl- i, praktiĉno,

ovaj Cl- sada snabdeva Cl

-/HCO3

- izmenjivaĉ. S druge strane, sekretin utiĉe i na NBC (aktivira

ga). Osim sekretina, na fosforilaciju CFTR kanala utiĉe i acetilholin. Acetilholin se vezuje za

svoje muskarinske receptore (M3) i preko DAG-a i IP3, Ca2+

i CaM zavisne protein kinaze

aktivira PKC, koja sama po sebi ne moţe da fosofriliše CFTR, meĊutim moţe da podstakne

fosforilaciju CFTR PKA. Znaĉi, ona samo ima mogućnost da pomogne fosforilaciju koju vrši

PKA. Zna se da GRP stimuliše sekreciju bikarbonatne faze pankreasnog soka. Ne zna se kako.

Zna se i da supstancija P inhibira stvaranje bikarbonatne faze pankreasnog soka. Isto se ne zna

kako i kojim signalnim putevima. Još je interesantno da neke epitelne ćelije pankreasnih kanala

poseduju još jedan kanal za Cl- koji se naziva ORCC (kanal za Cl

- sa izlaznom rektifikacijom).

On operiše na jedan specifiĉan naĉin. Kada se aktivira CFTR, on na nepoznat naĉin aktivira i

omogućava izlazak ATP-a iz epitelne ćelije u lumen kanalića. U lumenu kanalića ATP se vezuje

za svoje purinske receptore za ATP i ovako aktivirani receptori autokrino deluju na ORCC i

omogućavaju izlazak Cl-. Znaĉi, on dodatno potpomaţe izlazak Cl

-, ali je neophodna inicijalna

aktivacija CFTR. Na sliĉan naĉin se dodaje bikarbonatna faza i pljuvaĉnom soku i ţuĉnom soku.

Kada smo priĉali o ABC proteinima rekla sam da ćemo lepo objasniti kako funkcionišu

ovi proteini kad budemo radili CFTR. CFTR je jedan kompleksan protein koji se sastoji iz dva

domena koji prolaze kroz membranu (MSD 1 i 2). Oni imaju po 6 transmembranskih domena.

MeĊusobno su povezani preko NBD1 (nucleotid binding domen-domen koji vezuje nukleotide),

a sa druge strane se nalazi NBD2 (iza MSD2). Cela jedna polovina (MSD1 i NBD1) je povezana

sa drugom (MSD2 i NBD2) regulatornim (R) domenom. CFTR predstavlja glikoprotein od

170kDa i ulazi u veliku grupu proteina koji se nazivaju ABC transporteri (transporteri koji imaju

ATP vezujući motiv). Ovaj motiv se kod CFTR-a nalazi u okviru NBD 1 i 2. Ovaj dugaĉki

103

regulatorni domen citosola je izuzetno vaţan i ukoliko doĊe do delecije samo jedne

aminokiseline i to fenilalanina na 508.mestu nastaje bolest cistiĉna fibroza.

Da vidimo na koji naĉin funkcionišu ABC proteini, CFTR. Na slajdu se vidi kako izgleda

CFTR kada je zatvoren. Kanal za Cl- je zatvoren, zato što je R domen defosforilisan. Da bi došlo

do otvaranja kanala neophodna je fosforilacija koju vrši PKA kojoj moţe da pomogne PKC.

PKA ima mogućnost da fosforiliše u okviru R domena nekoliko mesta. Od stepena fosforilacije

zavisi otvorenost ovog molekula. Poĉetna, umerena fosforilacija dovodi do konformacionih

promena (odvaja se NBD1 i postaje dostupan za vezivanje prvog ATP-a). Dalja fosforilacije

dovodi do toga da i NBD2 moţe da veţe sledeći ATP. ATP se vezuje za NBD1 što dovodi do

trenutnog otvaranja kanala za Cl- (flickery znaĉi treperavo), ali ĉim ATP hidrolizuje i odvoje se

ADP i Pi, on se ponovo zatvara. Da bi kanal ostao u stabilnom otvorenom stanju, neophodno je

da se veţe i drugi ATP. Kada se veţe drugi ATP, on se posebno stabilizuje u otvorenom stanju i

stoji otvoren dok god su za njega vezani ADP i Pi. Kada se odvoje ADP i Pi sa NBD2 mesta,

molekul se zatvara i protein fosfataza vrši defosforilaciju R domena i vraća ga u stanje

mirovanja. Još jednom da podsetim da ovu inicijalnu fosforilaciju vrši PKA, dok PKC sama po

sebi ne moţe da fosforiliše CFTR, meĊutim moţe da podstakne fosforilaciju koju vrši PKA. I da

podsetim, osim CFTR na nekim epitelnim ćelijama nalaze se i ORCC kanali, koji mogu da se

aktiviraju kada se aktivira CFTR. Kako i zašto nastaje cistiĉna fibroza? Delecija samo jedne

amino kiseline, u pitanju je fenilalanin na 508. mestu, dovodi do toga da ovaj kanal postaje

nefunkcionalan. Njega odmah prepoznaju unutarćelijski ćelijski odeljci (ER) i uništavaju ga.

Posledica toga je da na membrani epitelne ćelije postoji manjak kanala za hlor. Ĉim ima manji

broj kanala za hlor, on ne moţe da izaĊe iz ćelije i ne moţe da snadbe Cl/HCO3 izmenjivaĉ koji

je u stvari odgovoran za dodavanje bikarbonatne komponente. Osnovni simptomi su stradanje

dva tkiva: pluća i pankreasa.

Pankreas: normalno se stvaraju enzimi i vrši se njihova sekrecija. MeĊutim, ne dodaje im

se bikarbonatna komponenta pa ovaj gust sekret moţe da se zaglavi u epitelnim kanalićima,

dovodi do njihove opstrukcije, do širenja, dilatacije pankreasnih kanala i njihove zamene

fibroznim tkivom. Otud i naziv cistiĉna fibroza. Takve osobe imaju probleme sa ishranom, zbog

opsturkcije kanala digestivni enzimi ne mogu da dospeju u duodenum i ne mogu da razloţe

hranu.

104

Plućno tkivo: isti problem... Ne funkcioniše kanal, ne snabdeva izmenjivaĉ, izmenjivaĉ

ne dodaje bikarbonatnu komponentu u disajne puteve, što znaĉi da se stvara izuzetno gust sekret.

To dovodi do uĉestalih infekcija, do opsturkcije disajnih puteva i zamene plućnog parenhima

fibroznim tkivom, što ovde dovodi do problema u disanju. Ljudi koji umiru od cistiĉne fibroze

umiru upravo zbog problema sa disanjem /disajnim putevima.

Malopre smo pominjali akutni pankreatitis – rekli smo da akutni pankreatitis nastaje usled

akutnog trovanja alkoholom, trovanja insekticidima i otrova škorpije Tityus trinitatis.

Trovanje alkoholom

Dve komponente koje se nalaze u alkoholu: holesterol estri i etil estri slobodnih masnih

kiselina, dovode do oksidativnog stresa u acinusnoj ćeliji. Dolazi do destabilizacije lizozoma i

destabilizacije zimogenih granula. Pojaĉana je sinteza pankreasnih enzima u zimogenim

granulama, ali se smanjuje njihova sekrecija. Pomenuli smo da se u zimogenim granulama stvara

inhibitor pepsina. On nije dovoljan u sluĉaju kada se javlja abnormalnost zimogene granule

(kada je došlo do prekomerne sinteze enzima). Tada dolazi do aktivacije proenzima unutar

zimogenih granula (jedan molekul pepsina je dovoljan da autokatalitiĉki aktivira druge

moleklue) i to dovodi do nekroze acinusne ćelije. Nekroza dovodi do oslobaĊanja citokina, koji

dalje aktiviraju pankreasne stelatne ćelije. Pankreasne stelatne ćelije oslobaĊaju Trail molekule

(ligandi koji indukuju apoptozu, vezani su sa TNFom). Trail ligandi se vezuju za svoje receptore

(Trail R1 i Trail R2) koje eksprimiraju oštećene acinusne ćelije (eksprimiraju i CD95). Na taj

naĉin se indukuje apoptoza acinusnih ćelija. S druge strane, dolazi do opstrukcije pankreasnog

kanala, što aktivira NOTCH i Hedgehog put, što dovodi do metaplazije, neoplazije kanala i moţe

doći do nastanka tumora.

Regulacija luĉenja pankreasnog soka

Poĉinje da se luĉi kada vidimo, okusimo ili osetimo miris hrane. To se dešava da bi

pankreasni enzimi već bili tu kada dospe hrana. Gastriĉna faza je zanemarljiva, a najvaţnija je

intestinalna faza (kada je hrana dospela u duodenum) i kada su se izluĉili: acetilholin,

holecistokinin i sekretin.

105

Sekrecija pljuvaĉnog soka

Postoje tri vrste pljuvaĉnih ţlezdi: 1) zaušne pljuvaĉne ţlezde - stvaraju iskljuĉivo

amilazu, 2) podjeziĉne stvaraju i mukus i amilazu (više mukusa), i 3) podviliĉne - stvaraju i

mukus i amilazu (više amilaze, a manje mukusa). U regulaciji sekrecije pljuvaĉnog soka

dominira nervna kontrola. Za egzocitozu zimogenih granula neophodan je Ca2+

. Do povećanja

kalcijuma dolazi kada se acetilholin veţe za M3 receptore, ali i noradrenalin ako se veţe za

svoje α1 receptore. Osim toga, supstanca P se veţe za svoje NK1 receptore. Svi oni deluju preko

αq subjedinice, fosfolipaze C, IP3 i DAG-a. Na taj naĉin dovode do povećanja koncentracije Ca2+

i egzocitoze granula sa amilazom ili mucinom (u zavisnosti od toga da li je to serozna ili

mukozna ćelija). Noradrenalin koji se veţe za β1 receptore, dovodi do povećanja cAMP-a, a što

se tiĉe ATP-a, on se kolokalizuje u granulama sa noradrenalinom i sa njim se zajedno oslobaĊa.

ATP se vezuje za svoje purinske P2Z receptore i takoĊe utiĉe na egzocitozu granula.

Acetilholin moţe da dovede do povećanja cGMP-a, preko azot oksida i guanilat ciklaze, i time

poveća sekreciju zimogenih granula preko ovog signalnog puta.

Kao što je sluĉaj sa pankreasnim ćelijama, i ćelije pljuvaĉnih ţlezda mogu da dobiju

izotoniĉni rastvor NaCl . Isti mehanizam samo malo drugaĉija slika na slajdu. Kanal za hlor se

nalazi na bl membrani acinusne ćelije. NKCC2 snadbeva hlor i ubacuje ga zahvaljujući Na/K

ATP-azi, a kalijum koji se ubacuje ovim putem, se izbacuje zahvaljujući kanalu za kalijum koji

se nalazi na bazolateralnoj membrani. Neurotransmiteri koji utiĉu na dodavanje NaCl

pljuvaĉnom soku takoĊe utiĉu preko kalcijuma. Smatra se da je u ovaj signalni put ukljuĉena

fosforilacija kanala za hlor i fosforilacija kanala za kalijum.

Epitelne ćelije kanalića pljuvaĉnih ţlezda modifikuju izotoniĉni sekret acinusnih ćelija na

drugaĉiji naĉin. Ćelije duktusa apsorbuju NaCl, a vrše sekreciju kalijuma i bikarbonata. Natrijum

se apsorbuje iz lumena pljuvaĉne ţlezde u ćeliju duktusa preko epitelnog kanala za natrijum (niz

gradijent koncentracije zahvaljujući Na+/K

+ATP-azi koja se nalazi na bazolateralnoj membrani i

odrţava nizak nivo Na+ u epitelnoj ćeliji). Drugi mehanizam apsorpcije Na

+ je Na

+/H

+

izmenjivaĉ (NHE) koji u zavisnosti od gradijenta koji stvara Na+/K

+ATP-aza, ubacuje Na

+ a

izbacuje protone.

106

Hlor se reapsorbuje, iz pljuvaĉke u duktus, zahvaljujući Cl-/HCO3 izmenjivaĉu, sa jedne

strane, a sa druge strane i kanal za hlor, kroz koji Cl- izlazi u intersticijum, i u manjoj meri tu se

nalazi CFTR kroz koji hlor moţe da se vrati.

Sekrecija bikarbonata se vrši istovremeno - Cl-/HCO3 izmenjivaĉ koji ubacuje hlor u

ćeliju, a izbacuje bikarbonate. Poreklo bikrbonata - pretpostavlja se da je ukljuĉena

karboanhidraza. Sekrecija kalijuma se vrši pomoću K+/H

+ izmenjivaĉa (izbacuju K

+, a ubacuje

protone). Na taj naĉin se vrši apsorbovanje NaCl, a sekrecija kalijuma i bikarbonata.

Ko utiĉe na sve ove procese? Ach koji se vezuje za muskarinske M3 receptore.

Verovatno je da ceo ovaj proces ide preko Ca 2 signalnog puta, ali to još nije do kraja utvrĊeno.

Ono što se zna to je da aldosteron omogućava apsorpciju Na , tako što povećava ekspresiju

epitelnog kanala za Na i Na /K ATPaze.

Interesantno je da ćelije duktusa pljuvaĉnih ţlezda mogu da sintetišu neke proteine poput

kalikreina, α amilaze, ribonukleaze, faktora rasta (EGF, NGF) i da ih luĉe u lumen ili u krv. To je

jedan nespecifiĉan proces koji je vezan za ćelije parijetalnog duktusa (osim što vrše procese

reapsorpcije i sekrecije, vrše sintezu proteina).

SJÖGRENOV sindrom – autoimunska bolest koja nastaje usled stvaranja antitela na ćelije

pljuvaĉnih i suznih ţlezda. MeĊutim, nisu još detektovani proteini na koje se ustremljuju ova

antitela.

Sekrecija ţeludaĉnog soka

Fokusiraćemo se sad na dva tipa ćelija: parijetalne (oksintiĉne) ćelije koje stvaraju HCl i

na endokrine ć. koje se nalaze u jamicama tela zeluca - histaminocite, D i G ćelije. Faktori koji

utiĉu na stvaranje HCl su pre svega Ach, histamin i gastrin. Sva tri deluju direktno - vezuju se za

svoje receptore na oksintiĉnim ćelijama (Ach za muskarinske M3 receptore, histamin za svoje

H2 receptore i gastrin za holecistokininske receptore tipa B). Mogu da deluju i indirektno: Ach i

gastrin se vezuju za receptore na LCL ćelijama (histaminocitama) i dovode do oslobaĊanja

histamina koji deluje sada parakrino.

Mi ćemo se fokusirati na gastrin, kojeg stavaraju G ćelije ţeludca i duodenuma. Gastrin

se stvara u formi progastrina, velikog polipeptida koji podleţe posttranslacionim modifikacijama

107

- procesu isecanja i C-terminalnoj amidaciji (dodavanje amino grupe na C-terminus). Postoje

dva tipa gastrina, takozvani mali (17 a.k.) i veliki (34 a.k). Mali je aktivniji i prvenstveno ga

stvaraju G ćelije antruma, dok se veliki sporije degradira i luĉe ga, prevashodno, D ćelije

duodenuma. Interesantno je da je za maksimalnu aktivnost gastrina neophodna sekvenca na C

terminusu od 5 aminokiselina, koja je identiĉna sekvenci koju poseduje holecistokinin na svom

C-terminusu. Zato nije ni ĉudo što se vezuju za iste receptore.

Dakle, ovi faktori koji modulišu oslobaĊanje HCl mogu delovati direktno i indirektno.

Direktno dejstvo faktora. da poĉnemo sa Ach: oslobaĊa se na krajevima postganglijskih vlakana

parasmpatiĉkog nervnog sistema, vezuje se za M3 receptore na oksintiĉnim ćelijama i preko αq

subjedinice, PLC, IP3 i DAG-a i PKC, dovodi do aktivacije PKD na naĉin na koji deluje i

gastrin. Dakle, gastrin deluje preko istog signalnog puta i krajnji efekat su aktivacija PKC i

kalmodulin zavisne protein kinaza. Zbog prisustva istih sekvenci na C-terminusu vezuju se za

iste receptore. Pri tom, CCKb ima isti afinitet za vezivanje gastrina i holecistokinina, dok se za

CCKa vezuje holecistokinin većim afinitetom. TakoĊe, Ach moţe i direktno da deluje na kanale

za Ca 2 koji se nalaze na bazolateralnoj membrani i tako dodatno podstiĉe ulazak Ca 2 u

oksintiĉne ćelije.

Treći parakrini faktor, histamin koji se vezuje za H2 receptore i deluje preko signalnog

puta na A: αs subjedinice, adenil ciklaze, i krajnjeg efektora PKA. PKA, PKC i kalmodulin

zavisna kinaza imaju ulogu u fosforilaciji K-H pumpe (ispumpava protone i upumpava K uz

utrošak ATPa). Sve ovo moţe da moduliše somatostatin. On se sintetiše i oslobaĊa iz D ćelija

antruma i D ćelija tela ţeludca. TakoĊe, prostaglandin E2 se vezuje za svoje prostaglandinske

receptore tipa 3 i zajedno sa somatostatinom, preko αi subjedinice inhibiraju ovaj put i dovode

do smanjenja luĉenja HCl. Na taj naĉin antagonizuju dejstvo histamina. Sa druge strane, mogu

delovati indirektno - na histaminocite i da inhibiraju luĉenje histamina sa jedne strane, ali i da

deluju na G ćelije i inhibiraju luĉenje gastrina. Dakle, preko ovog signalnog puta somatostatin i

prostaglandin poništavaju delovanje histamina, a sa druge strane deluju direktno tako što

smanjuju oslobaĊanje i histamina i gastrina. To smo pominjali kada smo priĉali o Helicobacter

pilory, koja inhibira oslobaĊanje somatostatina i na taj naĉin dodatno podstiĉe sekreciju HCl-a.

108

Na koji naĉin je regulisana sinteza HCl? U principu, izmeĊu obroka pumpa koja vrši

sekreciju HCl-a se nalazi u obliku tubulovezikula koja sadrţi pumpe i kanale za K i Cl .

Nakon obroka dolazi do citoskeletnog rearenţmana i ove tubulovezikule postaju sastavni deo

membrane kanalikula oksintiĉnih ćelija. Na taj naĉin se membrana povećeve 50-100 puta i kanali

i pumpa se eksprimiraju. Pumpa je P tip ATPaze ili E1-E2 koja se sastoje iz 2 subjedinice: α-

katalitiĉka funkcija i β-omogućava pozicioniranje na membrani. Ona ispumpava protone i

upumpava K . K se odmah preko kanala reciklira i vraća u lumen kanalikula dok Cl prolazi

kroz karbo. Izvor H+ je karboanhidraza koja katalizuje reakciju izmeĊu CO2 i H2O stvara se slaba

ugljena kiselina koja disosuje na protone i bikarbonate. H+ snabdevaju pumpu, a HCO3

bikarbonatno-hloridni izmenjivaĉ. Dakle, bikarbonati se izbacuju iz ćelije, a hloridi se ubacuju u

ćeliju i upravo taj Cl napušta oksintiĉnu ćeliju kroz kanal za hlor. I na taj naĉin se stvara

hlorovodoniĉna kiselina.

Kako funkcionišu lekovi koji se primenjuju u terapiji gastritisa ili u terapiji ĉira na

ţelucu? Najviše primenjivan lek je omeprazol koji inhibira ovu protonsku pumpu. On se

kovalentno vezuje za cistein koji je u ekstraćelijskom domenu α subjedinice. I postoji još jedan

eksperimentalni lek (još uvek se ne zna kako se zove), ali on je inhibitor K+, odnosno vezuje se

za mesto za K+ na ovoj pumpi.

Regulacija sekrecije ţeludaĉnog soka

Da krenemo od acetilholina koji se luĉi na krajevima postganglijskih vlakana. On se

direktno vezuje za oksintiĉne ćelije i na malopre pomenut naĉin dolazi do sekrecije HCl. Vezuje

se i za ECL ćelije i dovodi do oslobaĊanja histamina. Postoje i postganglijska vlakna

parasimpatiĉkog nervnog sistema koji stvaraju peptide umesto acetilholina. Jedna takva vrsta

postganglijskih vlakana su vlakna koja oslobaĊaju GRP (gastrin releasing peptide). Kad se

oslobodi sa ovih vlakana on se vezuje za G ćelije antruma i dovodi do oslobaĊanja malog

gastrina koji ulazi u cirkulaciju, deluje na oksintiĉnu ćeliju ili na ECL ćeliju.

Acetilholin inhibira D ćelije. To je jedna fina vrsta povratne sprege; podstiĉe luĉenje HCl

i inhibira, s druge strane, stvaranje inhibitora. Vezuje se za svoje receptore na D ćelijama i

inhibira luĉenje somatostatina koji deluje parakrino (jer se izluĉuje iz D ćelija koje se nalaze u

jamicama), a vezuje se i za svoje receptore na D ćelijama antruma i inhibira delovanje

109

somatostatina koji bi delovao endokrino, odnosno koji bi se izluĉio u cirkulaciju i preko

cirkulacije bi došao i vezao se za svoje receptore na oksintiĉnoj ćeliji i inhibirao luĉenje HCl.

Kada gastrin isprovocira stvaranje HCl i kada se on nagomila, taj HCl sada aktivira D

ćelije antruma, što znaĉi da dolazi do oslobaĊanja somatostatina, somatostatin se luĉi u

cirkulaciju i inhibira stvaranje HCl. Fina povratna sprega preko gastrina i somatostatina koju

reguliše nivo HCl. Kada ga je malo, gastrin se neometano izluĉuje, a Ach inhibira sekreciju

somatostatina, a kada se nagomila HCl, on direktno deluje na D ćelije, oslobaĊa se somatostatin

koji spušta nivo sekrecije HCl.

Na sekreciju HCl utiĉu još sekretin i GIP (gastrin-inhibitorni polipeptid). GIP inhibira

oslobaĊanje gastrina. Sekretin stimuliše sekreciju somatostatina. A sekretin i GIP mogu na

direktan naĉin da inhibiraju sekreciju protona.

Zollinger-Ellison-ov sindrom – posledica ovog sindroma je povećana sekrecija HCl, a uzrok je

neobiĉan. Nastaje usled gastrinoma, tumora ćelija duodenuma, al ii usled tumora pankreasnih

ostrvaca (ne zna na koji naĉin tumor pankreasnih ostrvaca utiĉe na povećanje koncentracije

gastrina). Koncentracija gastrina se enormno povećava kod ovog sindroma, što dovodi do

povećanje koncentracije HCl i do gastritisa. Kako se leĉi ovaj sindrom? Inhibitorom protonske

pumpe (omeprol ili omeprazol) i blokatorima receptora za histamin.

Molekularni mehanizmi sekrecije ţuĉi

Ţuĉ stvaraju hepatocite koje luĉe ţuĉ u ţuĉne kanaliće i kako sekret prolazi kroz ţuĉne

kanaliće menja se njegov sadrţaj. U periportalnom kanalu se dodaje bikarbonatna i vodena faza i

tako nastala ţuĉ ulazi u velike ţuĉne puteve – ductus hepaticus, zatim u ţuĉnu kesu gde se

koncentruje i koncentrovana ţuĉ se izbacuje izmeĊu obroka na isto mesto gde se izluĉuje i

pankreasni sok.

Ţuĉi se dodaje bikarbonatna faza u holangiocitama (epitelni kanalići izmeĊu hepatocita).

Bikarbonate dodaje hloridno-bikarbonatni izmenjivaĉ, upumpava Cl-, ispumpava HCO3

-, poenta

je da se ţuĉnom soku dodaju bikarbonati. Odakle bikarbonati? Zahvaljujući natrijum-

bikarbonatnom kotransporteru i karbon hidrazi. Karbon hidraza stvara bikarbonate, ali stvara i

protone. Protone prihvata natrijum-protonski izmenjivaĉ i pumpa za protone.

110

Natrijum-protonski izmenjivaĉ i natrijum-bikarbonatni kotransporter funkcionišu

zahvaljujući gradijentu Na+ koji stvara Na

+/ K

+ATPaza. Nizak nivo Na omogućava rad NHE

(Na/H izmenjivaĉ) i NBC (Na/HCO3 kotransporter).

Na dodavanje bikarbonata utiĉe sekretin. Pitanje: šta sve radi sekretin? Dodaje

bikarbonatnu fazu pankreasnom soku, dodaje bikarbonatnu fazu ţuĉnom soku, stimuliše

stvaranje crevnog soka, odnosno delovanje na Liberkinove kripte i Brunerove ţlezde.

Na koji naĉin sekretin dodaje bikarbonatnu fazu ţuĉnom soku? Kao i kod pankreasa,

preko cAMP i PKA, fosforiliše CFTR, odnosno kanal za Cl, kroz taj kanal izlazi Cl koji

snadbeva Cl/HCO3 izmenjivaĉ. Na isti naĉin deluju i glukagon i VIP. Znaĉi, sekretin, glukagon

i VIP podstiĉu dodavanje bikarbonata ţuĉnom soku, a somatostatin inhibira.

Ono što je interesantno je da holangiocite imaju mogućnost reapsorbovanja vode i

elektrolita, tj.imaju mogućnosnost da zgušnjavaju sekret u sluĉaju kada je hirurški odstranjena

ţuĉna kesa. Kada je odstranjena ţuĉna kesa, holangiocite na neki naĉin preuzimaju njenu ulogu.

U ţuĉnoj kesi se ţuĉ koncentruje 10-20 puta tako što se reapsorbuje voda, Na, Cl.

Na+ se reasporbuje delovanjem Na/H izmenjivaĉa iz lumena ţuĉne kese u ćelije zida ţuĉne kese;

a na drugu stranu, u intersticijum, dejstvom Na/K ATPaze.

Što se tiĉe Cl-, on se reapsorbuje dejstvom Cl/HCO3 izmenjivaĉa u ćelije zida ţuĉne kese, a

posredstvom kanala za Cl u intersticijum.

Voda i bikarbonati prolaze paracelularno, a voda takoĊe prolazi i transcelularno.

VIP i serotonin inhibiraju ovaj proces zgušnjavanja ţuĉi.

Ţuĉ u ţuĉnoj kesi nakon zgušnjavanja sadrţi koncentrovani rastvor ţuĉnih soli,

holesterol, bilirubin i zbog delovanja N/H izmenjivaĉa ostaje velika koncentracija protona. Zašto

velika konc. H? Zbog spreĉavanja stvaranja kamena u ţuĉi, tzv.pigmentnog kamena. Kamen u

ţuĉi nastaje precipitacijom Ca, CaCO3, Ca-bilirubinata, SMK. A povećana konc. H spreĉava

pojavu pigmentnog kamena povećavanjem restvorljivosti kalcijumovih soli i onemogućavajući

precipitaciju Ca. MeĊutim, najveća koliĉina kamena u ţuĉi, tzv. Cholelithiaza nastaje usled

precipitacije holesterola na mukozi zapaljene ţuĉne kese. Holesterol, kojeg ostaje 3-9 puta više

koncentrovanjem sadrţaja ţuĉne kese, ne moţe da precipitira na ţuĉnoj kesi jer se tu nalaze i

111

fosfolipidi i ţuĉne soli koji grade micele. Kada se zapali epitel ţucne kese, tada se dodatno

povećava apsorpcija vode, uklanjaju se ţuĉne soli i pojaĉava se sekrecija holesterola, što znaĉi da

tada u ţuĉnoj kesi ima znaĉajno više holesterola, ali fali ono što ce da ga rastvori, što će da

napravi te micele, odnosno, nedostaju ţuĉne soli. Zbog toga u sluĉaju zapaljenja epitela ţuĉne

kese dolazi do precipitacije holesterola i nastanka najĉešće vrste kamena u ţuĉnoj kesi, koja

nastaje zbog nagomilavanja holesterola.

Poznata slika, ţuĉne soli su komponente ţuĉnog soka i one su neophodne za emulgaciju

masti. U duodenumu se masti prevode u veliki broj sitnih masnih kapi na koje moţe da deluje

hidrofilna lipaza sa jedne strane i sa druge strane opet omogućavaju stvaranje micela i praktiĉno

reapsorbovanje masti u enterociti. Organizam ne troši veliku energiju za stvaranje ţuĉnih soli, od

0,5g dnevno koliko stvori toliko i izbaci, a tokom celog dana te ţuĉne soli recirkulišu iz creva u

krvotok i nazad u hepatocite i tako, u zavisnosti od toga koliko jedemo i kakvu vrstu hrane

jedemo (ako jedemo masnu hranu, one recirkulišu i do 12 puta dnevno). One se izbacuju iz ţuĉne

kese u vidu konjugovanih ţuĉnih soli i do terminalnog ileuma je manji procenat apsorpcije.

Zašto je to tako? Do terminalnog ileuma apsorpija ţuĉnih soli je minimalna. Zašto? Zato što se

one na tom putu emulguju. Minimalno se apsorbuju do terminalnog ileuma i ako se apsorbuju,

apsorbuju se pasivno. Najveći deo apsorpcije se odvija u nivou terminalnog ileuma i u pitanju je

aktivna apsorpcija, deluje ASBT-a. U pitanju je transporter koji transportuje … nalazi se na

apikalnom delu ćelije i to je transporter Na i ţuĉnih soli. To je transporter koji transportuje

aktivno natrijum zajedno sa konjugovanim ţuĉnim solima u samu ćeliju, meĊutim, sa druge

strane se nalazi izmenjivaĉ koji izmenjuje anjone, ne zna se taĉno koje. Ono što se zna jeste da je

on Na-nezavisan, nije vezan za transport Na. Ono malo što pobegne ţuĉnih soli izmenjivaĉu i što

se pasivno ne reapsorbuje doĉekaju bakterije zadnjeg dela kolona koje vrše dekonjugovanje

ţuĉnih soli, pa se one mogu pasivno reapsorbovati, ali oslobaĊaju se 7α dehidroksilaze koje vrše

prevoĊenje primarnih ţuĉnih soli u sekundarne, to su dezoksiholna i litoholna.

Sada imamo situaciju da su se pasivno reapsorbovale nekonjugovane ţuĉne soli i aktivno

smo reapsorbovali u najvećem procentku konjugovane ţuĉne soli i sada one treba da se vrate

nazad u hepatocitu. U hepatociti će da se modifikuju i da se ponovo izluĉe u ţuĉne kanaliće. Da

vidimo na koji naĉin se to dešava. Nekonjugovane ţuĉne soli su uglavnom vezane za albumin.

Ono što je interesantno je da albumin na neki naĉin povećava afinitet transportera za

112

konjugovane i nekonjugovane ţuĉne soli, a taj transporter se naziva Na-tauoholat

kotransportni polipeptid (NTCP) – on kontransportuje Na zajedno sa konjugovanom ţuĉnom

kiselinom – tauroholnom kiselinom. Sam naslov kaţe da on transportuje konjugovane ţuĉne soli,

ali on ima mogućnost i da transportuje nekih 50% nekonjugovanih ţuĉnih soli. Drugi transporter

je transporter transportni protein organskih anjona – to je stari naziv. Sada se naziva

SLCO1A2 ili OATP-A. Transportni protein koji ima mogućnost da transportuje nekonjugovane

ţuĉne soli. Ostalih 50% nekonjugovanih ţuĉnih soli se transportuje pasivno, znaĉi one se

pretvaraju u ţuĉne kiiseline, pasivno ulaze u hepatocitu gde disosuju i tu se u ćeliji konjuguju,

dodaju im se sulfati i glukuronati ili im se dodaju glicin i taurin. Tada u ćeliji imamo nove

konjugovane ţuĉne soli, a one konjugovane ţuĉne soli koje su bile transportovane aktivno u

terminalnom ileumu, one se takoĊe transportuju zahvaljujuci NTCP-u. U ćeliji se vezuju za

vezujuce proteine, to su dihidrodiol dehidrogenaza, glutation-S-transferaza, FFA-BP

(vezujući protein slobodih masnih kiselina). Oni proteini ih drţe do momenta izluĉivanja, a kada

doĊe vreme za izluĉivanje bilo ovih konjugovanih bilo ovih koje su se konjugovale u ćeliji, one

se izluĉuju u lumen kanalića preko 2 pumpe, jedna je BSEP, to pumpa za ţuĉne soli koja troši

energiju i ona vrši transport iskljuĉivo ţuĉnih soli konjugovanih sa glicinom i taurinom. Drugi

transporter je ABC protein koji smo spominjali na prvom predavanju, to je MRP2 (multidrug

resistance-associated protein – protein povezan sa rezistencijom na više lekova). On transportuje

iskljuĉivo ţuĉne soli koje su konjugovane sa sulfatima i glukuronatima. To je protein koji ima

ATP vezujuće mesto. Ono što se zna je da mutacija MRP2 dovodi do progresivne familijarne

intrahepatičke cholestaze tip3 , znaĉi dolazi do potpunog zastoja sekrecije ţuĉi, usled

nedostatka ove pumpe, a ista takva bolest zove se progresivna familijarna intrahepatička

cholestaza tip2. Ona nastaje usled mutacije gena za BSEP. Osim što ima mogućnost transporta

ţuĉnih soli, hepatocite imaju uobiĉajene transportere, dakle zahvaljujući Na/K ATPazi

odrţavaju nizak nivo Na, zahvaljujući PMCA odrţavaju nizak nivo Ca. Zašto se odrţava nizak

nivo Na? Da bi mogao da radi Na/H izmenjivaĉ, da bi funkcionisao Na/HCO3 kontransporter, da

bi funkcionisao kontransporter za Na/AA I da bi funkcionisao NTCP. Šta je NTCP? Malopre

pomenuti Na-tauroholat kotransportni polipeptid, Na/K ATPaza koja odrţava nizak gradijent i

omogućava funkcionisanje svih ovih transportera. Glukoza se u hepatocite ubacuje preko

GLUK2, u pitanju je transporter koji je neosetljiv na insulin.

113

Što se tiĉe sekrecije organskih anjona, malopre pomenuti OATP-A – transporter

organskih anjona osim što transportuje nekonjugovane ţuĉne soli, moţe da transportuje u manjoj

meri i ţuĉne boje, bilirubin i steroide i neke anjone kao što je npr sulfobromoftalein. Ovaj

transportni polipeptid moţe da transportuje i 90% glutationa koji se sintetiše u jetri i koji

izbacuje u krv preko ovog transportera. To je jedan veoma vaţan molekul koji ima

antioksidativnu funkciju.

Ţuĉne boje – Odakle potiĉu ţuĉne boje? Odakle bilirubin? Nastaje raspadanjem

hemoglobina. Bilirubin je vaţan sastojak zuĉi i daje boju ţuĉi. Na koji naĉin se sada bilirubin

koji se nalazi u krvi transportuje u hepatocite, a zatim u kanaliće? Opet malopre pomenuti

OATP-2, samo se naziva po starom. Sliĉan transporter koji je malopre transportovao ţuĉne soli

ovde transportuje ţuĉne boje. Drugi naĉin transporta je bilitranslokaza, sama reĉ kaţe,

transportuje bilirubin i treći je elektroneutralni mehanizam. Kada dospeju ţuĉne soli u

hepatocite, tu se konjuguju i to se konjuguju iskljuĉivo sa glukuronskom kiselinom i tako

konjugovane, zahvaljujuci MRP2, vrši se njegovo prebacivanje u ţuĉne kanaliće. Podsećanje:

bilirubin koji je vezan za albumin, preko ova 3 mehanizma: ili OATP2 ili bilitranslokazom ili

elektroneutralnim transportom dolazi u hepatocite, tu se konjuguje, preko MRP2 se ubacuje u

ţuĉne kanaliće. Iz ţuĉnih kanalića se deponuje u ţuĉnu kesu. Ko prazni ţuĉnu kesu?

Holecistokinin. Praţnjenjem ţuĉne kese ovaj konjugovani bilirubin se izbacuje u duodenum, tu

se pretvara u nekonjugovani bilirubin, koga bakterije pretvaraju u bezbojni urinobilinogen, on se

prevodi u obojeni sterkobilin i daje boju fecesa. Kod ţutice, u zavisnosti od faktora nastanka,

feces moţe da bude tamnozeleni ili beo, jer uopšte nema ţuĉnih boja itd.

114

Molekularni mehanizmi regulacije krvnog pritiska

Krvni pritisak je pritisak koji krv vrši na zidove krvnih sudova kroz koje protiĉe i u

zavisnosti od toga da li su to arterije, vene ili kapilari postoji arterijski, venski i kapilarni pritisak.

Nas danas interesuje arterijski pritisak. Sistolni krvni pritisak u komori je 120 mmHg, a u aorti

kada je otvoren semilunarni zalistak je isto 120 mmHg, što znaĉi da je to pritisak u arteriji,

odnosno u velikim venama. Pritisak u komori tokom dijastole, kada je ona opuštena je 0 mmHg,

a u aorti je 80 mmHg, zato što je to izuzetno elastiĉan krvni sud koji se izboĉi i ima tendenciju da

se vrati, tako da odrţava tonus i pritisak. Krvni pritisak raste od 80 do 120, zatim opada do

dijastole. Dikrotski zubac je malo povećanje pritiska kada se krv vrati i zatvori zalistke.

Od ĉega zavisi visina krvnog pritiska? Pre svega zavisi od udarnog volumena leve

komore (što je veći udarni volumen, veći je pritisak) i od periferne vaskularne rezistencije,

odnosno otpora protoku krvi. Sećamo se Poiseuille-Hagenove jednaĉine iz koje vidimo da je

otpor protoku krvi obrnuto srazmeran duţini krvnog suda i viskozitetu, a direktno srazmeran

obimu i polupreĉniku. U fiziološkim uslovima je polupreĉnik jedini koji varira, pa moţemo reći

da je ta varijabla kljuĉna za odreĊivanje visine krvnog pritiska. Sećate se da najveći pad krvnog

pritiska u celom sistemu krvnih sudova imamo na mestu mišićnih arteriola, jer one imaju debeo

sloj mišićnih vlakana u zidu, mogu da menjaju svoj promer skoro 4 puta, pa pritisak moţe da

pada od 85-35 mmHg.

Visina krvnog pritiska zavisi i od osmolarnosti i zapremine vanćelijskih teĉnosti. Zato

Lη8

rπΔP 4

Q

115

hipertenziĉarima lekari prvo ukidaju so u ishrani, jer so povećava osmolarnost i dovodi do

zadrţavanja vode, to povećava zapreminu, što dovodi do povećanja arterijskog pritiska. Pritisak

zavisi i od uzrasta i povećava se starenjem (deca imaju proseĉno 70 mmHg, u toku ţivota

povećava se do 95 mmHg, a u poznim godinama dostiţe 130 mmHg). Već smo rekli da zavisi i

od elastiĉnosti arterija koja se naţalost tokom ţivota smanjuje, što je jedan od uzroka nastanka

esencijalne hipertenzije. Pritisak zavisi i od plejade neurotransmitera i hormona kao što su

kateholamini, vazopresin, aldosteron, angiotenzin II, endotelini, prostaglandini, bradikinini, VIP,

NO, natriuretiĉki peptidi itd.

Postoji podatak da je 2006. godine 17,5 miliona ljudi umrlo od kardiovaskularnih bolesti,

u 99% sluĉajeva bolest je nastala usled hipertenzije, dakle to je veliki faktor rizika. MeĊutim, bez

obzira što je stvarno veliki deo nauĉne javnosti fokusiran na istraţivanja esencijalne hipertenzije

još uvek je nepoznat taĉan razlog nastanka ove bolesti. U koronarnim krvnim sudovima na

primer, ali i u ostalim, moţe doći do nagomilavanja masnih naslaga, smatra se da veliku ulogu u

tome ima genetski faktor i naĉin ţivota. Ukoliko ste nasledili loš lipidni metabolizam,

nagomilava se LDL holesterol, a ukoliko pri tom ne vodite raĉuna o ishrani, jedete masnu hranu,

ne bavite se fiziĉkim aktivnostima pa ni ne trošite lipide koje unosite, a zbog loše genetike vam

je zid krvnog suda prijemĉiv za LDL holesterol, on se taloţi, dovodi do suţavanja krvnog suda,

što povećava rizik od nastanka plaka, pucanja ili zaĉepljenja krvnog suda.

Udarni volumen zavisi od snage i frekvencije rada srca. Srce je inervisano

parasimpatiĉkim i simpatiĉkim nervnim sistemom. Simpatiĉka inervacija podrazumeva da se

krajevi postganglijskih vlakana simpatikusa završavaju na SA ĉvoru, samim tim smanjuju tonus,

a u manjoj meri se nalaze i na AV ĉvoru i na miokardu pretkomora. Što se tiĉe parasimpatiĉke

inervacije, vlakna se završavaju pre svega na SA ĉvoru, svuda postoje nastavci ovih vlakana, a

najviše na miokardu komora, ĉime parasimpatikus utiĉe na snagu srca. Srţ nadbubreţne ţlezde

predstavlja transformisanu simpatiĉku gangliju koja je izgubila svoje postganglijske nastavke,

tako da direktno u cirkulaciju luĉi noradrenalin i adrenalin, hormone koji su srodni

neurotransmiterima simpatiĉkog nervnog sistema.

Parasimpatiĉki nervni sistem ima negativan hronotropni, inotropni, batmotropni i

dromotropni efekat (usporava rad srca, smanjuje snagu, provodljivost i nadraţljivost). Sve efekte

ostvaruje pomoću acetilholina koji se oslobaĊa na krajevima postganglijskih nastavaka i vezuje

116

za muskarinske M2 receptore na ćelijama SA ĉvora. Dolazi do odvajanja α subjedinice od G

proteina i βγ subjedinica aktivira GIRK kanal za kalijum, kroz koji kalijum izlazi iz ćelije. To

dovodi do hiperpolarizacije i do brahikardije, odnosno, postiţe se miran vagusni tonus od oko 70

otkucaja u minuti.

Sa druge strane, stimulacija simpatikusa ima pozitivno hronotropni pozitivno inotropni,

pozitivno batmotropni, pozitivno dromotropni efekat na rad srca. Simpatiĉki nervni sistem deluje

preko noradrenalina koji se vezuje za β1 receptore na ćelijama SA ĉvora. β1 receptori su uvek

spregnuti sa „putem A“ tj. dolazi do aktivacije adenil ciklaze, stvara se cAMP koji aktivira PKA.

cAMP takoĊe dovodi do aktivacije HCN4 kanala. To su hiperpolarizacijom aktivirajući kanali

koji su zavisni od cAMP-a. To znaĉi da mogu da se otvaraju kada se na njih veţe cAMP u

odgovoru na neurotransmitere, a sa druge strane oni se spontano otvaraju u odgovoru na voltaţnu

hiperpolarizaciju i upravo tako ostvaruju svoj pejsmejkerski efekat. Otvaranje HCN4 kanala

dovodi do stvaranja funny struje, pošto su ovi kanali nespecifiĉni i propuštaju i K+ i Na

+. Ulazak

Na+ izaziva poĉetnu depolarizaciju koja otvara T kanale za kalcijum (to su tranzitorni kanali koji

se brzo otvaraju i brzo zatvaraju). Ulazak Ca2+

stvara kalcijumsku struju koja dovodi do okidanja

akcionog potencijala.

Ubrzanje frekvencije srca, srĉani ciklus, se skraćuje na raĉun dijastole. Zato je tahikardija

opasna. Srce se manje odmara, a to je štetno pošto se srce snapdeva krvlju iskljuĉivo tokom

dijastole, tokom sistole su koronarne arterije komprimovane.

Što se tiĉe negativnog inotropnog efekta noradrenalina i adrenalina, on se takoĊe odvija

preko β1 receptora koji se nalaze na kardiocitama. Ovi receptori su vaţni zato što se jedna

generacija antihipertenziva zasniva na njihovoj blokadi. αs subjedinica G proteina aktivira adenil

ciklazu koja stvara cAMP, koji aktivira PKA. PKA dovodi do fosforilacije L kanala za kalcijum

(to su dugoţiveći, dugootvoreni kanali) koji se nalaze na sarkolemi i T tubulama. T tubule su

invaginacije sarkoleme koje dovode u vezu L kanale sa CIC kanalima koji se nalaze na

sarkoplazmatiĉnom retikulumu i dovode do Ca2+

indukovanog oslobaĊanja Ca2+

. Ca2+

koji je u

SR bio vezan za kalsekvestrin (protein koji ima ĉak 50 vezujućih mesta za Ca2+

) izlazi i vezuje

se za miofibrile. Ca2+

se vezuje za troponin C, dovodi do izmeštanja troponina sa miozinske

glavice, što joj omogućava da uspostavi vezu za aktinom i vesla dovodeći do skraćivanja

mišićnog konĉića i kontrakcije. L kanal za Ca2+

se nalazi na sarkolemi, njega PKA fosforiliše i

117

dovodi do ulaska Ca2+

u ćeliju. Drugi kanal za Ca2+

nalazi se na SR i naziva se rijanodinski

receptor (Ryr) jer se za njega vezuje rijanodin. Postoje razliĉite izoforme, ali je izoforma Ryr2

prisutna iskljuĉivo na SR. On je deo velikog kompleksa koji se nalazi na SR i u citosolu, a koga

ĉine kalmodulin (CaM) koji vezuje Ca2+

, kalmodulin zavisna kinaza 2 (CaMII), protein kinaza A

(PKA), kalstabin koji stabilizuje otvaranje i zatvaranje Ryr receptora, protein fosfataza 1 i

protein fosfataza 2A (PP1 i PP2A su enzimi koji uklanjaju fosfatne grupe koje dodaje kinaza).

To je veliki kompleks koji uĉestvuje u finoj regulaciji oslobaĊanja Ca2+

iz SR. Kada kalstabin ne

moţe da se veţe za Ryr, što se dešava kada je Ryr hiperfosforilisan, dešava se da Ca2+

curi kroz

kanal i to ima znaĉajne posledice. PKA fosforiliše rijanodinske receptore na serinu, a kalmodulin

zavisna kinaza II ga fosforiliše na treoninu i tako ga aktivira. Balans Ca2+

zavisi od: L kanala za

Ca2+

(kroz koji Ca2+

ulazi), od Ryr receptora (kroz koji Ca2+

izlazi), ali i od SERCA2A koja se

nalazi na sarkoplazmatiĉnom retikulumu i koja omogućava ubacivanje Ca2+

. Tokom kontrakcije

za SERCA2A je vezan fosfolamban i na taj naĉin je inhibirana. Tokom relaksacije, odnosno

dijastole, PKA fosforiliše fosfolamban, što ga inaktivira, a to aktivira SERCA pumpu. SERCA

tada upumpava višak Ca2+

u SR i omogućava završetak kontrakcije. Na taj naĉin, adrenalin,

preko β1 receptora ubrzava nastupanje dijastole i samim tim srĉani ciklus. Na promet Ca2+

utiĉe i

NCX, izmenjivaĉ koji se takoĊe nalazi na sarkolemi i koji izbacuje Ca2+

iz ćelije, a ubacuje Na+.

Na koji naĉin su regulisane kontrakcija i relaksacija? Tokom relaksacije, Ca2+

disosuje od

TnC, a β1 agonisti ubrzavaju relaksaciju promovišući fosforilaciju TnI (deo troponinskog

kompleksa koji se vezuje za aktin). Fosforilacija TnI podstiĉe odvajanje Ca2+

od TnC i

kontrakcija se završava.

Srĉana insuficijencija nastaje usled hiperfosforilacije Ryr2 za koji se ne vezuje (ili se

oteţano vezuje) kalstabin, pa kroz kanal curi Ca2+

. Ukoliko Ca2+

ima više u citoplazmi, usled

nefunkcionalnosti nekog od kanala, dolazi do ishemiĉne srĉane bolesti, nastaje hipertrofija

miokarda i atrijalna fibrilacija. Samim tim što se Ca2+

nagomilava u citosolu, aktivira se NCX

koji izbacuje jedan Ca2+

, a ubacuje 3 Na+ što dovodi do depolarizacije i aritmije – poremećaja

ritma rada srca. Spregnutost L kanala za Ca2+

i Ryr2 (dovedeni su u blisku vezu uz pomoć trijada

T tubula-SR-T tubula) je bitna da bi se odigralo Ca2+

-zavisno oslobaĊanje Ca2+

.

118

Vazokonstriktori

Promer krvnih sudova zavisi pre svega od aktivnosti simpatiĉkog nervnog sistema.

Noradrenalin se luĉi na krajevima simpatiĉkih završetaka kojih ima manje u srcu, mišićima,

mozgu, a više u GIT, bubrezima, koţi, slezini. Priĉali smo da je noradrenalin opšti

vazokonstriktor i kad se veţe za svoje α1 receptore, izaziva vazokonstrikciju, preko fosfolipaze

Cβ. Mnogi drugi vazokonstriktori ispoljavaju svoje dejstvo na isti naĉin. Preko αq subjedinice, sa

kojom je spregnut α1 receptor, aktivira se fosfolipaza Cβ koja razlaţe membranski PIP2 i nastaju

IP3 i DAG. IP3 difunduje u citoplazmu i vezuje se za svoje IP3 zavisne kanale za Ca2+

(ovi

kanali su srodni Ryr kanalima koji ne postoje na ER glatkih mišića krvnih sudova). Izlazak Ca2+

omogućava translokaciju PKC u membranu, na nju moţe da deluje DAG koji dovodi do

otvaranja kanala za Ca2+

kroz koji ekstraćelijski Ca2+

ulazi u ćeliju. Što se tiĉe Ca2+

u ER, on je

vezan za kalretikulin (sliĉan kalsekvestrinu, kog i ovde ima, ali u manjoj koliĉini). Šta se dešava

sa Ca2+

koji je izbaĉen u citoplazmu? Da li glatke mišićne ćelije imaju TnC i uopšte troponinski

kompleks, T tubule? Nemaju. Taj Ca2+

se vezuje za kalmodulin, aktivira kinazu lakog lanca

miozina (MLCK) koja fosforiliše regulatorni deo lakog lanca glavice miozina i omogućava njeno

veslanje po aktinu.

Preko α1 receptora deluje i adrenalin. Pominjali smo da adrenalin ima i vazodilatatorno i

vazokonstriktorno dejstvo. Tokom stresa, kada se veţe za α1 receptore ostvaruje

vazokonstriktorno dejstvo u unutrašnjim organima (u gastrointestinalnom traktu, jetri i slezini), a

istovremeno vazodilatatorno u mišićima. Slezina je vaţan depo krvi. U stresu se momentalno

oslobaĊa velika koliĉina adrenalina što dovodi do kontrakcije kapsule slezine kod maĉaka (ĉime

se kontrahuje cela slezina), a kod ljudi do konstrikcije krvnih sudova slezine i samim tim se

izbacuje ogromna koliĉina krvi i eritrocita u sistemsku cirkulaciju, ĉime se povećava hematokrit

kako bi se mišići snabdeli kiseonikom.

Noradrenalin pored toga što vrši vazokonstrikciju i povećava krvni pritisak, on se vezuje

za svoje β1 receptore na jukstaglomerularnim ćelijama bubrega. Ove ćelije oslobaĊaju renin,

hormon koji dovodi do isecanja α2 globulina koji se sintetiše u jetri, ĉime nastaje dekapeptid

angiotenzin I. Na njega deluje angiotenzin konvertujući enzim i isecanjem ga prevodi u potentni

vazokonstriktor angiotenzin II koji je oktapeptid. Angiotenzin II se vezuje za AT1A receptore i

preko αq subjedinice, fosfolipaze C, DAG i IP3 dovodi do oslobaĊanja Ca2+

(preko IP3 zavisnih

119

kanala za Ca2+

). Ca2+

se vezuje za kalmodulin, kalmodulin aktivira kinazu lakog lanca miozina

MLCK, što dovodi do konstrikcije. Angiotenzina u fiziološkim uslovima nema u velikim

koncentracijama u organizmu, ali se izuzetno brzo oslobaĊa u uslovima stresa, fiziĉkog napora,

hemoragije (iskrvarenje koje dovodi do hipotenzije i smanjenja promera krvnih sudova) i u

odgovoru na smanjen protok krvi kroz bubrege (smanjen protok NaCl), jer se tada momentalno

oslobaĊa renin. Izuzetno je potentan vazokonstriktor, oko 40 puta jaĉi od noradrenalina.

Angiotenzin se vezuje i za AT1 receptore na zona glomerulosa kore nadbubreţne ţlezde i

preko istog puta dovodi do prebacivanja holesterola u mitohondrije. Dovodi do aktivacije P450

SCC enzima koji prevodi holesterol u pregnenolon i aktivacije aldosteron sintetaze koja

konvertuje kortikosteron u aldosteron, što dovodi do oslobaĊanja mineralokortikoida. Za razliku

od glukokortikoida koji se oslobaĊaju preko sprege hipotalamus-hipofiza, ovaj sistem

funkcioniše preko renin-angiotenzin sistema. Aldosteron se vezuje za svoje receptore na ćelijama

distalnih tubula i sabirnih kanalića, kompleks hormon-receptor se vezuje za hormon responsivni

element (HRE) u promotoru gena za ENaC kanal za Na+ (epitelni kanal za Na

+ ili amilorid

senzitivni kanal) kroz koji se reapsorbuje natrijum, kanal za K+, enzime koji dovode do sinteze

ATP-a i Na+/K

+ ATP-azu. Na taj naĉin se fakultativno, pod uticajem mineralokortikoida

reapsorbuje 2-3% Na+ što dovodi do povećanja volumena vanćelijskih teĉnosti i hipertenzije.

Rekli smo da na krvni pritisak utiĉe i osmolarnost, tih 2-3% Na+ koji se reapsorbuju

dejstvom angiotenzina nije malo. Kada se reapsorbuje, momentalno dovodi do povećanja

volumena vanćelijskih teĉnosti, odnosno do hipertenzije. Angiotenzin vrši vazokonstrikciju,

omogućava oslobaĊanje mineralokortikoida, ali deluje i na hipotalamus. Angiotenzin II u

hipotalamusu stvara osećaj ţeĊi (ĉime nas tera da pijemo vodu i povećavamo volumen

vanćelijskih teĉnosti) i stimuliše sintezu i sekreciju vazopresina (ADH). ADH se sintetiše u

magnocelularnim neuronima hipotalamusa i aksoplazmatskim transportom se dovodi do

neurohipofize. OslobaĊa se u cirkulaciju i vezuje za svoje B2 receptore na bazolateralnoj

membrani osnovnih ćelija drugog dela distalnih tubula i sabirnih kanalića, gde preko cAMP-a

aktivira PKC koja fosforiliše CRE (cAMP responsive elements) vezujuće proteine (proteini koji

se vezuju za sekvence na promotoru gena za akvaporine 2). To dovodi do sinteze akvaporina 2.

Pored toga, protein kinaza C fosforiliše već sintetisane akvaporine 2 koji su spakovani u

agregoforama. Fosforiliše se serin, formiraju se vezikule i dolazi do egzocitoze i eksprimiranja

120

akvaporina na apikalnoj strani membrane. Antidiuretiĉki hormon vrši fakultativnu reapsorpciju,

u zavisnosti od potreba organizma. Angiotenzin ne ostvaruje svoju funkciju kad unosimo

dovoljno vode i tada se akvaporini ne eksprimiraju na apikalnoj membrani, već samo kad smo

dehidrirani. Kada se smanji koliĉina antidiuretiĉkog hormona, kada je balans vode u organizmu

zadovoljen, akvaporini se ubacuju u ćeliju endocitozom i na taj naĉin se zaustavlja fakultativna

reapsorpcija.

Antidiuretiĉki hormon se naziva i vazopresin, jer ispoljava vazokonstriktorno dejstvo.

Kada se vazopresin veţe za V1 receptore na ćelijama glatkih mišića krvnih sudova on preko puta

αq, IP3, DAG, dovodi do otvaranja IP3 zavisnih kanala za Ca2+

na endoplazmatiĉnom

retikulumu. Ca2+

se vezuje za kalmodulin, on aktivira kinazu lakog lanca miozina i ostvaruje

vazokonstrikciju.

Angiotenzin II ima pozitivno inotropno i hronotropno dejstvo. Stimuliše oslobaĊanje

noradrenalina i inhibira njegovo preuzimanje iz sinapse. Zatim, stimuliše oslobaĊanje

kateholamina iz srţi nadbubreţne ţlezde i stimuliše sintezu endotelina. Angiotenzin II ima i

dodatno vazokonstriktorno dejstvo. Pored toga što se vezuje se za svoje postsinaptiĉke AT1

receptore na krvnom sudu, vezuje se i za presinaptiĉke AT1 receptore na postganglijskom vlaknu

simpatiĉkog nervnog sistema i stimuliše oslobaĊanje noradrenalina. Noradrenalin se dalje vezuje

za α1 receptore, što takoĊe dovodi do vazokonstrikcije.

Endotelini su mnogo snaţniji vazokonstriktori od angiotenzina II. Kao što sam naziv

kaţe, endotelini se oslobaĊaju iz endotelnih ćelija oštećenih krvnih sudova i to prvi mehanizam

zaštite od povrede. Odmah se oslobaĊaju endotelini koji suţavaju krvni sud, spreĉavaju

iskrvarenje, a zatim se aktivira sistem koagulacije i zatvaranja krvnog suda. Endotelin se sintetiše

u vidu preproendotelina 1. Iz preproendotelina 1 stvara se tzv. Big ili proendotelin 1 koga

endotelin konvertujući enzim 1 (ECE 1) konvertuje u fiziološki aktivan endotelin 1. Na

oslobaĊanje endotelina 1 pozitivno utiĉu adrenalin, angiotenzin II, antidiuretiĉki hormon,

interleukin 1, TGF β, ciklosporini i hipoksija, dakle svi vazokonstriktori. S druge strane, njegovo

oslobaĊanje inhibiraju prostaciklini, azot oksid, atrijalni natriuretiĉki peptid, epidermalni faktor

rasta, uglavnom vazodilatatori. Endotelin se vezuje za svoje ETA i ETB receptore na ćelijama

glatkih mišića krvnih sudova i preko fosfolipaze C, IP3 i DAG, odnosno aktivacije kinaze lakog

lanca miozina dovodi do vazokonstrikcije, odnosno kontrakcije. Sa druge strane, vezujući se za

121

svoje ETB receptore na endotelnim ćelijama, aktiviraju azot oksid sintazu i dovode do stvaranja

azot oksida. Azot oksid difunduje u ćeliju glatkih mišića krvnih sudova, što dovodi do dilatacije.

Postavlja se pitanje zašto jedan jedini potentni vazokonstriktor izaziva istovremeno i

vazodilataciju. Odgovor na ovo pitanje još uvek nije jasan, ali ono što donekle moţe da objasni

ovaj fenomen je da on uzrokuje tranzitornu dilataciju i mali pad pritiska koji je prolazan, a zatim

sledi produţena vazokonstrikcija, odnosno produţena i stabilna hipertenzija. TakoĊe, endotelini

povećavaju kontraktilnost i frekvenciju rada srca i samim tim, posredno, povećavaju krvni

pritisak.

Vazodilatatori

Već smo pominjali adrenalin koji moţe biti i vazodilatator i vazokonstriktor. Kada se

veţe za β2 receptore na ćelijama glatkih mišića krvnih sudova izaziva vazodilataciju preko puta

na A, αs subjedinice koja aktivira adenil ciklazu, cAMP, protein kinazu A, koja fosforiliše i

inaktivira kinazu lakog lanca miozina. Ona ne moţe da fosforiliše laki lanac miozina i

onemogućava veslanje miozina preko aktina.

Na isti naĉin deluje i VIP (vazoaktivni intestinalni polipeptid). Dobio je naziv VIP zato

što je prvi put izolovan iz neurona intestinalnog trakta, kasnije je pronaĊen i u urogenitalnom

traktu, u neuronima koji inervišu krvne sudove u mozgu. VIP se vezuje za VPAC2 receptore na

ćelijama glatkih mišića i preko protein kinaze A fosforiliše kinazu lakog lanca miozina.

MeĊutim, VIP deluje i na drugi naĉin, otvaranjem Ca2+

aktivirajućih i voltaţno zavisnih kanala

za K+. To dovodi do hiperpolarizacije i zatvaranja voltaţno zavisnih kanala za Ca

2+, smanjenja

koliĉine kalcijuma u ćeliji i relaksacije, odnosno dilatacije.

Preko puta na A deluje i histamin. On se oslobaĊa tokom alergijskih reakcija. Dovodi do

vazodilatacije krvnog suda na mestu povrede ili alergijske reakcije, što omogućava dovoĊenje

ćelija imunskog sistema. Histamin se vezuje za H2 receptore na ćelijama glatkih mišića krvnih

sudova i preko protein kinaze A koja fosforiliše MLCK dovodi do dilatacije.

Acetilholin se vezuje za svoje muskarinske M3 receptore na endotelnim ćelijama krvnog

suda. αq subjedinica aktivira fosfolipazu C i preko IP3 dolazi do oslobaĊanja Ca2+

. Obratite

paţnju, to se dešava u endotelnoj ćeliji, ne u glatkoj mišićnoj ćeliji. Kalcijum se vezuje za

kalmodulin koji aktivira enzim endotelnu azot oksid sintazu (eNOS). Ona dovodi do stvaranja

122

azot oksida (stari naziv za azot oksid je faktor relaksacije poreklom iz endotelijuma, EDRF). U

pitanju je gas koji brzo difunduje u susednu ćeliju glatkog mišića krvnog suda i vezuje se za

solubilnu guanil ciklazu sto dovodi do stvaranja cGMP-a. cGMP aktivira protein kinazu G koja

fosforilise i inaktivira MLCK. TakoĊe, protein kinaza G aktivira SERCA pumpu na

endoplazmatiĉnom retikulumu koja ubacuje Ca2+

u ER, što dovodi do relaksacije. Srĉani

bolesnici koriste nitroglicerin, koji se daje pod jezik i momentalno dovodi do širenja krvnih

sudova, jer oslobaĊa azot oksid. Za otkiće azot oksida kao signalnog molekula u

kardiovaskularnom sistemu Robert Furchgott, Louis Ignarro iFerid Murad su dobili Nobelovu

nagrada 1998 godine. Osim što deluje preko gore pomenutog puta, acetilholin dovodi do

stvaranja EDHF (eng. Endothelium-derived hyperpolarizing factor). On takoĊe difunduje u

susednu glatku mišićnu ćeliju što dovodi do hiperpolarizacije i otvaranja Ca2+

aktivirajućih

kanala za K+. Ovakva vrsta vazodilatacije koju ostvaruje acetilholin naziva se vazodilatacija

uzrokovana hiperpolarizacjom. Azot oksid prevashodno širi velike arterije, a EDHF male.

MeĊutim, u nedostatku azot oksida i EDHF širi veće arterije.

Bradikinin stvara kalikrein iz alfa 2 globulina jetre koji se naziva kininogen. Interesatno

je da taj enzim dovodi do stvaranja vazodilatatora bradikinina, ali takoĊe dovodi do stvaranja

renina koji produkuje vazokonstriktore angiotenzine. Bradikinin je vazodilatator koji se vezuje

za svoje B2 receptore i preko PLC, IP3, Ca2+

-CaM, eNOS, NO u endotelnim ćelijama i cGMP i

PKG u glatkim mišićnim ćelijama krvnog suda fosforiliše MLCK i aktivira SERCA pumpu.

Povećanje zapremine krvi dovodi do istezanja kardiomiocita pretkomora i komora što

dovodi do oslobaĊanja ANP-a ukoliko se isteţu pretkomore, odnosno BNP-a ukoliko se isteţu

komore. ANP i BNP se vezuju za NPR-A i NPR-B membranske guanil ciklaze, stvara se cGMP

koji aktivira proteinsku kinazu G. PKG dovodi do vazodilatacije, deluje na bubreg i inhibira

sekreciju renina. Kada je inhibirana sekrecija renina izostaje i sinteza angiotenzina, vazopresina,

mineralokortikoida itd. Na taj naĉin se ostvaruje diureza (nema ADH, gubi se voda) i natriureza

(nema aldosterona, gubi se natrijum). ANP i BNP se takoĊe direktno vezuju za koru nadbubrega

i inhibiraju sintezu i sekreciju aldosterona. Vezuju se i za neurohipofizu i inhibiraju sekreciju

ADH. Dakle, sve su to faktori koji omogućavaju diurezu i natriurezu i dovode do smanjenja

krvnog pritiska. Osim ANP-a i BNP-a sliĉan hormon se stvara u endotelnim ćelijama krvnog

suda – CNP koji se vezuje za B receptore membranske guanil ciklaze i ostvaruje

123

hiperpolarizaciju preko EDHF, hiperpolarišućeg faktora poreklom iz endotela. To je najnoviji

mehanizam, ono što se sigurno zna je da parakrino deluje, iz susedne ćelije u kojoj se sintetisao, i

inhibira renin-angiotenzin sistem preko PKG.

Eikozanoidi su istovremeno vazodilatatori i vazokonstriktori. Na arahidonsku kiselinu

deluje enzim ciklooksigenaza i dovodi do stvaranja tromboksana (TXA2), prostaciklina (PGI2) i

prostaglandina (PGD2, PGE2 i PGF2). PGD2 se vezuje za D prostanoidske receptore, PGE2 za E

receptore, PGF2 za F receptore, PGI2 za I receptore i TXA2 za T prostanoidske receptore.

Vazodilatatorno i vazokonstriktorno dejstvo ispoljavaju vezujući se za razliĉite receptore. PGE2

ukoliko se veţe za EP1 ili EP3 receptore dovodi do vazokonstrikcije. TakoĊe, PGF2 i TXA2 su

vazokonstriktori. S druge strane, kada se PGE2 veţe za svoje EP2 i EP4 receptore izaziva

vazodilataciju. Pominjali smo PGE2 kod fetusa, koji omogućava vazodilataciju krvnog suda koji

omogućava premošćavanje plućnog krvotoka. Vazodilatatori su još i PGI2 i PGD2. Dakle,

prostaglandin preko EP1 receptora koji se nalaze na ćelijama bubreţnih arterija i arteriola

ispoljava vazokonstrikciju preko klasiĉnog vazokonstriktornog puta koji ukljuĉuje IP3 i DAG.

MeĊutim, u corpus cavernosum penisa, gde su konstitutivno koeksprimirani EP2 i EP4 receptori

za prostaglandin E2, on ispoljava vazodliatatorno dejstvo. Vazodilatacija se opet odvija preko

puta na A, protein kinaze A koja fosforiliše MLCK. TakoĊe, vazodilatacija se na ovaj naĉin

ostvaruje u bubrezima i krvnim sudovima mozga.

Još jedan vaţan vazodilatator je adenozin. Njega smo pominjali kada smo priĉali o

koronarnoj cirkulaciji i o tome zašto je opasan infarkt, odnosno pucanje krvnog suda. Tokom

infarkta se u sekundi oslobaĊa skoro 50% adenozina, koji je izuzetno vaţan vazodilatatorni agens

za koronarne arterije. Adenozin se stvara hidrolizom ATP-a. Nastaje ADP, odnosno AMP koji se

u fiziološkim uslovima brzo fosforilišu i ponovo se u ćeliji sintetiše ATP. MeĊutim u sluĉaju

pojaĉane hidrolize ATP-a i hipoksije, aktivira se membranski enzim 5` nukleotidaza koja od

AMP-a stvara adenozin – purin koji je izuzetno vaţan i obavlja spektar razliĉitih aktivnosti u

organizmu. Kada se adenozin veţe za purinske A2A receptore na glatkom mišiću krvnog suda on

preko adenil ciklaze, cAMP i protein kinaze A otvara KATP kanale regulisane adeninskim

nukleotidima, što dovodi do hiperpolarizacije. Sa druge strane, protein kinaza A dovodi do

fosforilacije MLCK, a treći mehanizam je inhibicija kanala za Ca2+

. Adenozin deluje u glatkim

mišićima krvnih sudova, skeletnim mišićima, ali je izuzetno vaţna dilatacija koju ostvaruje u

124

koronarnim arterijama. Tu se adenozin vezuje za svoje A1 receptore na ćelijama SA i AV ĉvora i

preko Gi smanjuje aktivnost adenil ciklaze i koncentraciju cAMP-a, ĉime ostvaruje negativno

dromotropno i negativno hronotropno dejstvo. Dakle, vezujući se za A1receptore na ćelijama AV

ĉvora, dovodi do inhibicije L kanala za Ca2+

, što dovodi do smanjenja mogućnosti provoĊenja

akcionog potencijala kroz miokard. Na ćelijama SA ĉvora direktno inhbira KCN kanale odnosno

inhibira funny struju i na taj naĉin ostvaruje negativno hronotropno dejstvo.

Antihipertenzivi

Hipertenzija je povišen arterijski pritisak koji se konstantno odrţava iznad 140/90 mmHg.

Pri ĉemu je:

- normalan pritisak <120/80 mmHg

- prehipertenzija 120-139/80-89 mmHg

- I faza hipertenzije 140-159/90-99 mmHg

- II faza hipertenzije ≥ 160/100 mmHg

U principu prehipertenzija i I faza hipertenzije mogu da se koriguju promenom naĉina

ţivota, ishrane (što manje masti, naroĉito hrane bogate holesterolom i slane hrane) i bavljenjem

fiziĉkom aktivnošĉu, prestankom pušenja, itd. Iznad 150/95 mmHg uvode se antihipertenzivi.

Postoje razliĉite generacije lekova:

1. Blokatori kateholaminskih receptora ili antagonisti

2. Ca2+

antagonisti, blokatori kanala za Ca2+

3. Inhibitori angiotenzin konvertujućeg enzima (ACE)

4. Antagonisti receptora za angiotenzin II

5. Diuretici

6. Blokatori receptora za endotelin

7. Vazodilatatori

125

Antagonisti kateholaminskih receptora

Godine 1948. Alquist je prvi kategorisao receptore za kateholamine i nazvao ih

adrenotropni receptori. Istorijski gledano, prvo su proizvedeni lekovi koji blokiraju α1 receptore

za adrenalin i nordrenalin i na taj naĉin sniţavaju pritisak (α blokatori). Ti prvi antihipertenzivi

su bili neselektivni, npr. fentolamin koji deluje i na α1 i na α2 receptore. Zatim su se razvili

lekovi selektivni za α1 receptore, kao što je prazosin, koji se danas koristi samo u istraţivanjima

na pacovima, a retko u medicinskoj praksi i lekovi selektivni za α2 receptore, kao što je

johimbin. Zašto je napuštena ova generacija antihipertenziva? Zato što se javlja kompenzatorni

baroreceptorni refleks. Kada su blokirani α1 receptori dolazi do dilatacije i pada pritiska, koji

registruju baroreceptori u karotidnim sinusima i luku aorte. Oni obaveštavaju nc. tractus

solitarius produţene moţdine preko IX (n. sinus carotici) i X nerva (n. aorticus). Informacija

odlazi u nc. ambiguus koji povećava frekvenciju i snagu rada srca, javlja se kompenzatorni

mehanizam i pritisak se povećava. Onda su se kardiolozi i farmakolozi usmerili na β receptore i

dobijeni su lekovi, β blokatori koji se i danas koriste. Za njihovo otkriće Sir James Black je

dobio Nobelovu nagradu 1988. godine. Prvoj generaciji lekova pripada propanolol (komercijalni

naziv Inderal) neselektivni blokator koji deluje na β1 i β2 receptore, ali se više ne koristi. Zatim

je razvijena druga generacija selektivnih β1 blokatora, koji se i danas koriste, kao što su atenolol

(Prinorm) i metoprolol (Presolol), koga kardiolozi ĉesto prepisuju. U treću generaciju spada

karvedilol koji je α1 i β blokator. β blokatori, za razliku od α blokatora, ispoljavaju dejstvo samo

kod hipertoniĉara, kada je povećana aktivnost simpatiĉkog nervnog sistema, imaju negativno

hronotropno i inotrpono dejstvo, smanjuju sekreciju renina i angiotenzina II tako što povećavaju

sintezu NO.

Kateholaminski receptori sadrţe 7 transmembranskih segmenata, a najbitniji su petlja i C

kraj u citosolu koji omogućavaju interakciju sa Gs proteinom. Ustanovljeno je da je na receptoru

izuzetno vaţan Arg na 389. mestu, izmeĊu 7. segmenta i te petlje. Ukoliko doĊe do mutacije na

ovom mestu, receptor ne moţe da interaguje sa Gs proteinom. Za vezivanje agonista neophodni

su Asp113 i Ser 204 i 207, tada dolazi do interakcije sa Gs proteinom i stvaranje sekundarnog

glasnika. Kaverdilol deluje na β1 receptore tako što omogućava konformacione promene

receptora, pribliţava C kraj trećoj petlji, gde se nalazi kljuĉni Asp 389. To onemogućava

interakciju receptora sa Gs subjedinicom, ne stvara se cAMP i ostvaruje se negativno inotropno i

126

negativno hronotrpono dejstvo. Rekli smo da je kaverdilol istovremeno i α1 blokator.

Ustanovljeno je da deluje na α1 receptore tako što dovodi do izlaska ATP-a, jer omogućava

otvaranje mehanosenzitivnih kanala kroz koje izlazi ATP. ATP izalazi iz ćelije, na spoljašnjoj

strani se vezuje za svoje P2Y purinske receptore i preko njih dovodi do povećanja Ca2+

koji se

vezuje za kalmodulin i nastaje NO. Na taj naĉin ovaj lek ostvaruje vazodilataciju i

antihipertenzivno dejstvo. Prošle godine je pokazano da osim što blokira β receptor primicanjem

petlje i dovodi do oslobaĊanja NO vezivanjem za α1 receptore, kaverdilol moţe da skraćuje

vreme otvaranja Ryr2. Kada je Ryr2 kratko otvoren, nema izlaska Ca2+

i tako se ostvaruje

antihipertenzivni efekat.

Blokatori kanala za Ca2+

Sledeća generacija lekova su blokatori ulaska Ca2+

, ĉime se spreĉava kontrakcija. L

voltaţno zavisni kanal za Ca2+

se sastoji od α1, α2, β, γ i δ lanaca. Naroĉito je vaţan α1 lanac koji

formira poru i omogućava Ca2+

indukovano oslobaĊanje Ca2+

u trijadi. Lek verapamil (Isoptin)

deluje tako što blokira ulazak Ca2+

vezujući se za šesti transmembranski segment ĉetvrtog

domena. Diltiazem (Cortiazem) se vezuje za most izmeĊu trećeg i ĉetvrtog domena. Amplodipin

(Norvasc) se najĉešće primenjuje, a vezuje se za šesti transmembranski segment trećeg i ĉetvrtog

domena. Ova tri leka, Isoptin, Cortiazem i Norvasc se vezuju za L voltaţno zavisne kanale za

Ca2+

i imaju negativno hronotopno dejstvo, drugim reĉima smanjuju snagu mišićne kontrakcije.

Za razliku od prethodno pomenutih lekova, mibefradil blokira T voltaţno zavisne kanale za Ca2+

na ćelijama SA ĉvora i na taj naĉin ostvaruje negativno hronotropno dejstvo.

ACE (angiotensin-converting enzyme) inhibitori

Znajući koja su sve dejstva angiotenzina, potpuno je jasno zašto su farmakolozi išli u

pravcu razvijanja lekova na bazi ovog vazokonstriktora koji podstiĉe delovanje noradrenalina,

utiĉe na mineralokortikoide i antidiuretiĉki hormon. Ukoliko se spreĉi njegova sinteza i/ili

blokiraju njegovi receptori, doći će do smanjenja krvnog pritiska.

ACE je dipeptidil karboksi metalopeptidaza sa dva katalitiĉka mesta i dva Zn2+

vezujuća

mesta. Poseduje dugaĉak N ekstraćelijski, kratak C unutarćelijski i hidrofobni region od 17AK

na luminalnoj površini endotelnih ćelija svih krvnih sudova. Cirkulišući ACE je produkt

proteolize od strane sekretaza. ACE vrši konverziju angiotenzina I u angiotenzin II. Angiotenzin

127

I je dekapeptid i isecanjem dve aminokiseline na C-terminusu konvertuje se u oktapeptid,

angiotenzin II. Inhibitori ACE su Captopril, Enalapril i Fosinopril. Oni su ili odmah aktivni ili ih

aktivira esteraza hepatocita. Imaju specifiĉne grupe. Captopril ima sulfhidrilnu grupu

(merkapto), Enalapril dve karboksilne grupe, a Fosinopril fosfornu grupu. Captopril pomoću

svojih specifiĉnih sulfhidrilnih grupa formira merkapto alkanoil derivate, dok Enalapril sa svoje

dve karboksilne grupe formira karboksi alkanoil. Inhibicija ACE ostvaruje se grupama

inhibitora, koje duţinom odgovaraju dipeptidima, koje se isecaju iz angiotenzina I ili

bradikinina. Smanjuju stvaranje angiotenzina II, povećavaju nivo bradikinina, koji utiĉe na

sintezu prostaglandina. Ovi lekovi su naroĉito dobri zato što nakon smanjenja tonusa mišića

krvnih sudova ne dolazi do kompenzatornog baroreceptornog refleksa, jer na neki naĉin

modulišu senzitivnost baroreceptora i inhibiraju oslobaĊanje noradrenalina preko angiotenzina II.

Antagonisti receptora za angiotenzine

U sledećoj generaciji su razvijani lekovi koji deluju kao antagonisti receptora za

angiotenzin I i II. Poznati su još i pod skraćenicom ARBs (eng. angiotensine receptors blockers).

Receptor za angiotenzin I je heptahelijaĉan i spregnut sa G proteinom. Prvi blokatori koji su

razvijeni jos sedamdesetih godina prošlog veka su bili peptidni (1-sarcosine), da bi devedesetih

godina bio sintetisan nepeptidni blokator losartan, a danas se koristi u modifikivanoj formi pod

nazivom valsartan (Diovan) jer su mu dodate difenil grupe. Valsartan (6 bifenil tetrazoil) se

vezuje za alternativna mesta u odnosu na angiotenzin II i omogućava internalizaciju receptora.

Na taj naĉin se inhibira vazokonstrikcija, oslobaĊanje mineralokortikoida, antidiuretiĉkog

hormona, hormona srţi nadbubrega, noradrenalina itd. Blokiranjem presinaptiĉkih AT1 receptora

smanjuje se oslobaĊanje noradrenalina u sinaptiĉku pukotinu, a blokiranjem postsinaptiĉkih AT1

receptora se inhibira vazokonstriktorno dejstvo angiotenzina II.

Diuretici

Diuretici su lekovi koji se prvi primenjuju u akutnom stanju hipertenzije, jer se

izbacivanjem teĉnosti iz organizma smanjuje krvni pritisak. To je prva mera u redukciji

hipertenzije, a na duţi rok se moraju koristiti antihipertenzivi. Diuretici koji se danas koriste:

128

1. Acetazolamid (Diamox) - blokira karboanhidrazu i time dolazi do smanjenja koncentracije

bikarbonata i protona u proksimalnim tubulama. Zbog toga Na+/H

+ izmenjivaĉ i Na

+/HCO3

-

kotransporter ne funkcionišu i nema reasorpcije natrijuma.

2. Furosemid (Lasix) - inhibira NKCC2 (koji ubacuje Na+, a izbacuje K

+ i 2Cl

- ) u debljem

uzlaznom delu Henleove petlje.

3. Thiazidi - inhibiraju NaCl simporter u prvom delu distalnih tubula.

4. Amilorid - inhibira ENaC (amilorid senzitivni) kanal za Na+ u drugom delu distalnih tubula.

5. Spironolakton - antagonist aldosterona, vezuje se za mineralokortikoidne receptore i

onemogućava delovanje mineralokortikoida.

Blokatori receptora za endotelin

Poslednja generacija antihipertenziva podrazumeva upotrebu antagonista endotelinskih

receptora. Bosentan je neselektivni blokator koji inhibira ETA i ETB receptore. Njegova primena

je najĉeća kod hipertenzije u maloj cirkulaciji tj. plućnoj arteriji, koja je ĉesto posledica plućne

embolije. On takoĊe ostvaruje dejstvo na sistemsku cirkulaciju, ukljuĉujući koronarne arterije i

spreĉava njihov vazospazam (konstrikcija krvnih sudova koja moţe dovesti do krvarenja ili

nekroze tkiva, u koronarnoj cirkulaciji dovodi do angine ili infarkta), poremećaj rada srca i

hipertrofiju srĉanog miĉića. Treba pomenuti da Bosentan pored blokade vazokonstriktornog

dejstva endotelina, blokira i njegovo kardiotoniĉno (inotropno) dejstvo.

129

Molekularni mehanizmi transporta u tubulocitama

Mokraća se stvara procesima filtracije, reasorpcije i sekrecije iz krvi koja se dovodi do

bureţnog glomerula kroz aferentu arteriolu. Galen je još pre 2000 godina pretpostavio da bubrezi

preĉišćavaju krv. Filtrira se sve osim proteina krvi, prelazi u sistem bubreţnih kanalića, gde se

vraća u krv ono što je organizmu potrebno, a izluĉuje se ono što nije potrebno i tako se stvara

primarna mokraća. Filtracija se vrši kroz glomerularnu membranu, endotel glomerularnih

kapilara, bazalnu laminu i kroz podocite visceralnog sloja epitela Boumanove kapsule. Brzina

glomerularne filtracije zavisi pre svega od protoka krvi, pa što je dovodni sud do glomerula širi

to će vrše krvi dolaziti i više će da se filtrira. Ukoliko doĊe do vazokonstrikcije, manje krvi se

dovodi u glomerul i manje se mokraće izluĉuje.

Autoregulacija je veoma bitna, jer odreĊena koliĉina moţe da se vrati. Ukoliko bubrezi

ne bi imali tu mogućnost dovoljno bi bilo samo malo povećanje sistemskog pritiska za 20

mmHg, da se dnevna brzina filtracije poveća sa 178 na 225l/24h, što bi nateralo naše bubrege da

stvaraju skoro 5l mokraće. To omogućava jukstaglomerularni aparat koji nastaje kada se deblji

uzlazni deo Henleove petlje nasloni na arteriolu, pa su u bliskom kontaktu naĊu

jukstaglomerularne ćelije aferentne arteriole i ćelije macula densa tok uzlaznog dela Henleove

petlje. Ukoliko se poveća brzina filtracije, jukstaglomerularni aparat donosi veću koliĉinu soli.

To detektuju ćelije macula densa koje imaju NKCC2 kotransporter koji detektuje da više Na+

prolazi, dakle, njegova akrivnost se povećava, što dovodi do pojaĉanog ulaska Cl- u ćeliju. Ovo

dalje dovodi do otvaranja kanala za Cl- na bazolateralnoj membrani, otvaranja neselektivnih

kanala za katjone i ulaska Ca2+. Dešava se egzocitoza granula sa parakrinim faktorima kao što

su ATP, adenozin i tromboksan. Tromboksan je vazokonstriktor i vezuje se za TP receptore. Iako

smo za ATP i adenozin do sad uĉili da šire krvne sudove, oni se ovde vezuju za drugaĉije

receptore i usled toga mogu da dovedu i do konstrikcije krvnih sudova. ATP se vezuje za P2Y, a

adenozin za P1A3, pokreće se signalni put preko αq subjedinice, IP3 i DAG. Usled

vazokonstrikcije aferentne arteriole brzina glomerularne filtracije se smanjuje i to je ta parakrina

regulacija brzine filtracije. Drugi vid je miogena autoregulacija. Povećan pritisak i rastezanje

130

zidova aferentne arteriole dovodi dootvaranja SA (eng. stretch activated) neselektivnih

katjonskih kanala i ulaska Ca2+, što momentalno dovodi do vazokonstrikcije. Treći naĉin je da

se kontrahuju podocite, tada se smanjuje broj filtracionih pukotina ili mesangialne ćelije sliĉne

glatkim mišićnim, oko glomerularnih kapilara i sve to utiĉe na brzinu filtracije.

Što se tiĉe nervne regulacije samo simpatiĉki nervni sistem inerviše bubreţne arterije.

Ovakav vid regulacije je aktuelan samo u ekstremnim uslovima kao što su hemoragija,

stres, bol ili ishemija mozga. Konstrikcija aferentne arteriole je veća od eferentne, što vodi

smanjenju brzine glomerularne filtracije. Noradrenalin preko β1 receptora dovodi do oslobaĊanja

renina i povećanja reapsorpcije Na+ u tubulima.

Kod humoralne regulacije, svi hormoni koji dovode do suţavanja aferentne arteriole će

dovoditi do smanjenja brzine filtracije, a vazodilatatori će da je povećaju. Noradrenalin,

adrenalin, angiotenzin i endotelim smanjuju brzinu filtracije, dok je ANP, BNP, prostaglandin E,

azot oksid povećavaju.

noradrenalin, adrenalin: samo u ekstremno visokim koncentracijama

angiotenzin II: ulazak Ca2+ kroz voltaţno zavisne kanale → konstrikcija aferentne arteriole

mobilizacija unutrašnjih rezervi Ca2+ → konstrikcija eferentne arteriole povećava senzitivnost

aferentne arteriole na signale macule densae

endotelin: vazokonstriktor endotelnih ćelija kapilara bubrega

ANP, BNP: vazodilatacija aferentne > eferentne arteriole → ↑BGF smanjuje senzitivnost

aferentne arteriole na signale macule densae inhibira sekreciju renina

prostaglandin E: vazodilatator koji `puferizuje` vazokonstriktorni efekat angiotenzina

NO: endotelijalnih ćelija bubrega, jak vazodilatator u bazalnim koncentracijama štiti od

vazokonstriktornog dejstva angiotenzina, mogući medijator dilatacije aferentne arteriole u

tubuloglomerularnoj sprezi

Transport Na+

Natrijum se u izvesnoj meri transportuje ne samo transcelularno, već i paracelularno

zajedno sa vodm, preko meĊućelijskih pukotina. A ovaj elektrogeni transport koji se vrši

zahvaljujući transportu Na+ , izuzetno velika koliĉina Na+ se transportuje i samim tim se

ostavlja izvesno negativno naelektrisanje u lumenu, u poĉetnom delu proksimalnih tubula, što

dovodi do toga da Na+ u manjoj meri moţe da proĊe nazad. Dakle povratak Na+ tzv. „backleak“

zbog ovog slabog negativnog naelektrisanja koje se nalazi samo u tom poĉetnom delu

proksimalnih tubula.

U silaznom delu Henleove petlje Na+ se transportuje paracelularno, dakle kroz pukotine i

transportuje se, naravno, pasivno, a u debljem uzlaznom (ţutom) delu Henleove petlje se

situacija komplikuje. Tu se nalazi NKCC2 kotransporter i prošli put smo rekli da, diuretici (npr.

131

Lasix) deluju upravo preko ovog kotransportera. Dakle u ovom delu H.petlje Na+ se reapsorbuje

preko NKCC2 i preko natrijumskog osmotskog izmenjivaĉa NHE-3, a na suprotnoj strani

izbacuje se u krv, dakle reapsorbuje se iz tubulocita nazad u krv preko Na/K ATPaze. Na

apikalnom delu membrane tubulocite, debljeg dela H.petlje, nalazi se jedan specifiĉan kanal za

K+ koji se zove ROMK ( R-renal; O- outer, M-medullary, K-channel; prvi put otkriven u

spoljnjem delu medule, spoljnom delu srţi bubrega) i omogućava recikliranje kalijuma. Znaĉi

zajedno sa Na+ u ćeliju se ubacuje i K+ koji momentalno prelazi kroz ROMK u lumen, dakle

vraća se nazad i omogućava recikliranje kalijuma. TakoĊe omogućava, odnosno daje pozitivno

naelektrisanje ovom debljem delu H.petlje, što omogućava pasivni elektrogeni transport još 50%

Na+ i to paracelularno. Znaĉi, ukoliko doĊe do zastoja funkcionisanja ovog kanala i izostane

recikliranje, to utiĉe i na paracelularnu difuziju Na+ kroz paracelularne pukotine. Ovaj deo je

nepropustljiv, nikada ne propušta vodu i ceo ovaj segment je razblaţujući segment, mokraća se

koncentruje kako idemo ka vrhu H.petlje i ovde se razblaţuje kako idemo ka vrhu i naziva se

razblaţujući segment.

Distalni izuvijani tubuli (DCT) – tu se nalazi NCC, to je kotransporter Na+ i Clˉ . Tiazid

direktno deluje na ovaj kotransporter, Na+ se transportuje preko NCC u tubulocitu, a preko Na/K

ATPaze u intersticijum. I ovaj deo nikada ne propušta vodu. Dakle, deblji deo H.petlje i DCT su

obligatno nepropustljivi za vodu.

Sabirni kanalići kore (CCT) osnovne ćelije i sabirni kanalići srţi – tu se nalaze dobro

poznati epitelni kanal za Na+ osetljiv na amilorid, pomoću kog se reapsorbuje Na+ i sa druge

strane Na/K ATPaza koja reapsorbuje Na+ u intersticijum. Tu se i na apikalnoj i na

bazolateralnoj membrani nalaze kanali za K+ koji omogućavaju sekreciju kalijuma, o ĉemu će

biti reĉi kasnije, i recikliranje K+ na Na/K ATPazi. Podsećamo se da se ovde vrši fakultativna

reapsorpcija zahvaljujući aldosteronu, koji omogućava transkripciju gena za kanal za Na+,

kanale za K+ i Na/K ATPazu.

Transport Cl-

obavlja se iskljuĉivo paracelularno, kroz pukotine izmeĊu tubulocita, a ne

transcelularno. Za razliku od drugog dela proksimalnih tubula gde se odvija transcelularno,

zahvaljujući tercijernom aktivnom transportu. Tercijerni aktivni transport znaĉi da ga obavlja

i na taj naĉin ga reapsorbuje iz lumena u tub

baze iz tubulocita (u pitanju je dakle exchanger, kontratransporter). Tercijerni aktivni transport

zahteva sekundarni aktivni transport, odnosno Na/H izmenjivaĉ. O ĉemu se tu radi? Da bi ova

, kako se on ovde reapsorbuje, neophodni su odreĊeni

formati baze, kao što su oksalati, bikarbonati...Dakle, da bi nastale ove baze potrebano je da

kiselina (npr. oksalna, mravlja, ugljena...) disosuje i daje bazu za ovaj kontratransporter, a proton

koji nastaje tom prilikom preuzima Na/H izmenjivaĉ i tako se vrši sekundarni aktivni transport

na raĉun gradijenta za Na+, koji vrši Na/K ATPaza. Znaĉi Na/K ATPaza je primarni aktivni

132

transport jona, jedina troši ATP. Na raĉun gradijenta Na+ radi Na/H izmenjivaĉ koji izbacuje

ovaj proton, nastao disosovanjem kiselina, ubacuje Na+, a ova baza sada sluţi za izmenu,

u drugom delu proksimalnih tubula,

- . Znaĉi na bazolateralnoj membrani se

njagova reapsorpsija vrši zajedno sa kalijumom. U ovom delu je transcelularni transport

dominantan, dok je u prvom delu bio dominantan paracelularni transport, koji se ne odvija na

osnovu gradijenta koncentracije, već samo na osnovu elektrogenog transporta. Tu (u prvom delu)

je lumen negativan, iznosi -3mV i na osnovu elektrogenog transporta vrši se paracelularno

.

Deblji deo Henleove petlje (TAL) – opet isti kotransporter NKCC2, koji je malopre

transportovao Na, sad ubacuje i Clˉ i sa druge strane, ka intersticijumu, nalazi

se transportuje zahvaljujući

ovom kanalu koji se nalazi na bazolateralnoj membrani. U ovom delu H.petlje kompletna

reapsorpcija obavlja se transcelularno, dok se Na+ transportuje pola transcelularno, pola

paracelularno.

Distalni izuvijani tubuli (DCT) – isti onaj pomenuti transporter NCC koji transportuje

.

Deblji deo Henleove petlje (TAL) – opet isti kotransporter NKCC2, koji je malopre

se transportuje zahvaljujući

ovom kanalu koji se nalazi na bazolateralnoj membrani. U ovom delu H.petlje kompletna

reapsorpcija obavlja se transcelularno, dok se Na+ transportuje pola transcelularno, pola

paracelularno.

Distalni izuvijani tubuli (DCT) – isti onaj pomenuti transporter NCC koji transportuje

.

U sabirnim kanalićima kore vrši se paracelularna difuzija, elektrogena, a u ćelijama

transcelularna reapsorpcija. Opet da se podsetimo šta je to što utiĉe na reapsorpciju Na – to je pre

svega koliĉina krvi, koliĉina soli u krvi, koja momentalno pokreće simptiĉki nervni sistem i sve

moguće agense na koje ispoljava dejstvo, oslobaĊa se renin, sintetiše se angiotenzin. Stvara se

aldosteron koji aktivira transkripciju gena za epitelni kanal za Na, kanal za K, Na-K ATPazu.

Pitanje je hroniĉna natrijumska? isuficijencija, upravo zbog toga što se (sintetiše, izluĉuje?)

manje mineralkortikoida, manje ovih kanala se eksprimira, dovodi do hipotenzije,

hiponatriemije, nema kanala za Na, slabo se eksprimiraju, manje je reapsorpcija Na.U organizmu

manjak Na, vise K, jer ostaje K u krvi, ne trosi se, ne vrši se njegova sekrecija u ovom delu

kanalića i opet dolazimo do hipotenzije jer dovodi do diureze.

133

Za receptore za mineralkortikoide se sa potpuno istim afinitetom vezuju glukokortikoidi.

Zašto onda glukokortikoidi ne ostvarjuu mineralkortikoidno dejstvo? Zato što se u ćelijama o

kojima priĉamo kolokalizuje jedan enzim 11 beta HSD prevodi kortizol u kortizon koji nema

afinitet za ovaj receptor što znaĉi da na taj naĉin glukokortikoidi ne mogu da ostvare

mineralkortikoidno dejstvo i da utiĉu na promet vode, odnosno soli. Ovaj enzim moţe biti

blokiran jednom komponentom - glicirizinska? kiselina i ne postoji enzim koji prevodi kortizol u

kortizon i na taj naĉin se kortizol vezuje za mineralkortikoidne receptore i ispoljava

mineralkortikoidno dejstvo. Zadrţava Na, zadrzava vodu , hipertenzija i ovaj se signal naziva

MES.

Svi vazokonstriktori utiĉu na koliĉinu vode u krvi. Angionetenzin dovodi do stvaranja

osećaja ţeĊi. Ono što nisam ranije rekla na sl. zeleno aktivira, crveno inhibira. Noradrenalin

vezujući se za svoje alfa receptore na proksimalnim tubulama aktivita IP3 i Na-K ATP-azu.

Noradrenalin podstiĉe reapsorpciju Na preko NHE izmenjivaĉa i preko Na-K ATPaze.

Antidiuretiĉki hormon podstiĉe NKCC2 i kanal za K. Na koji naĉin deluje antidiurtiĉki hormon?

Deluje na već sintetisane, već postojeće kanale za Na i sve to preko protein kinaze A.

Prostaglandin E2 inhibira PKC, koja fosforiliše kanal za K koji omogućava recirkulaciju NKCC2

samim tim inhibira reapsorpciju Cl. Prostaglandin E2 inhibira fosforilaciju kanal za K,

onemogućava recirkulaciju NKCC2, onemogućava reapsorpciju Na. Prostaglandin E2 I

bradikinin, vazodilatator inhibiraju (crvena strelica) epitelni kanal za Na osetljiv na amiloid? Na

kraju dopamine inhibira Na-H izmenjivaĉ, Na-K ATPazu, ne samo na proksalnim tubulama već

i uzlazni deo Henleove petlje. Reaposrpciju Na iz tubulocite u intersticijum reguliše Na-K

ATPaza, postoje razliĉite izoforme Na-K ATPaza. Alfa 1je široko rasprostranjena, alfa 2 npr.

testisi, srce. Ono što smo priĉali da se za Na-K ATPazu vezuje ouabain kao kardijaĉni glikozidi,

vezuju se za ovu ATPazu kad je ona u E2 stanju, ona je prazna i otvorena ka vanćelijskoj sredini.

Kod ĉoveka postoje endogeni ouabainu sliĉni steroidi.

Ustanovljeno je da organizam proizvodi odreĊene steroide koji su nazvani endogeni

oubainu sliĉni steroidi (EO). Izolovani su pre nekoliko godina, pitanju su cardenolid i

bufadienolid (ne pamtiti nazive). To su endogeni inhibitori Na/K ATPaze i logiĉno je da ih

sintetišemo kada je potrebno spreĉiti apsorpciju Na+, dakle kada je visok pritisak tj. visoka

koncentracija Na+. Kod hipertoniĉara EO se sintetišu u odgovoru na povećanu koncentraciju

Na+ u krvi kada treba da se smanji njegova reapsorpcija (ne treba hipertoniĉarima dodavati Na

+).

On se vezuje za α1 izoformu i direktno blokira transport Na+ preko Na/K ATPaze. Za istu

izoformu EO se vezuje i u miocitama srca i utice na oslobaĊanje natriuretiĉkih peptida, jer se

treba osloboditi Na+, a natriuretiĉki peptidi omogućavaju natriurezu, tako da EO utiĉu na

oslobaĊanje Na+ preko natriuretiĉkih peptida. EO se vezuje za α2 izoformu na aferentnoj arterioli

i utiĉe na brzinu glomerularne filtracije. Vezuje se i za α3 izoformu u neuronima i utiĉe na

oslobaĊanje dopamina. Rekli smo da dopamin inhibira Na/H izmenjivaĉ 3 i Na/K ATPazu.

134

Transport vode

U prvom delu proksimalnih tubula voda se transportuje zahvaljujuci akvaporinima 1 koji

su konstitutivno eksprimirani na bazolateralnoj i apikalnoj membrani tubulocita. Deo transporta

vode u proksimalnim tubulama se odvija i paracelularno.

U silaznom delu Henlejeve petlje transport je uglavnom paracelularan, ali ima i akvaporina 1 na

obe strane ćelija.

Diabetes insipidus je relativno retko obolenje koje postoji u dve forme: neurogeni ili

centralni DI, koji nastaje usled poremecaja u sekreciji ADH, na nivou hipotalamusa ili

neurohipofize, ili nefrogeni DI kod koga bubrezi neadekvatno reaguju na fizioloske

koncentracije ADH. Centralni DI moze biti nasledan ili nastaje zboh povreda ili tumora

hipotalamusa ili hipofize, infekcije ili razvoja autoimunskog procesa. Nefrogeni DI je vezan za

poremecaj nivoa elektrolita, bubrezna obolenja vezana za abemiju srpastih celija, upotrebu

lekova, a takodje moze biti I nasledan.

Transport uree

Da vidimo šta se dešava sa ureom koja je u krvi. Isfiltrira se u Boumanovoj kapsuli. U

proksimalnim tubulama zna se da se urea transportuje transcelularno i paracelularno. Ne zna se

taĉno na koji naĉin.Ono što treba da znamo je da se 50% uree reapsorbuje u proksimalnim

tubulama.Sada 50% uree prelazi dalje u Henleovu petlju gde se vrsi sekrecija uree, zahvaljujući

UT2 transporteru, u pitanju je pasivan proces jer je sada nizak gradijent uree u tubulama, a visok

u intersticijumu. Ovaj gradijent omogućava pasivnu sekreciju uree izmeĊu intersticijuma i

tubula. Kako izgleda UT2 transporter , sadrţi 6 ili 10 transmembranskih segmenata, nije bitno,

bitno je napraviti razliku izmeĊu UT2 i UT1.

Dakle u silaznom i uzlaznom delu Henleove petlje se vrši sekrecija još 60% uree na onih

50% se dodaje 60% uree, zahvaljujući UT2 transporteru. Dakle sad praktiĉno kad stignemo do

kanalića 110% uree se nalazi u lumenu kanalića. 50% je ostalo posle procesa reapsorpcije i 60%

je sekretovano iz intersticijuma u lumen tubula. U samim kanalićima medule se vrši reapsorpcija

uree putem dva transporetera – UT1 se nalazi na apikalnoj membrani, a UT4 se nalazi na

bazolateralnoj strani. Na ovaj UT1 deluje antidiuretiĉki hormon. Zašto nije bitno da li ima 6 ili

10 segmenata? Zato što je gen koji kodira UT1 nastao duplikacijom gena za UT2, pošto ovaj

protein izgleda potpuno identiĉno, dva ponovka UT2 transportera koji su povezani jednom

specifiĉnom hidrofilnom petljom koja se nalazi u citosolu koja je mesto fosforilacije PKA.

Zašto ADH ne moţe da deluje na UT2? Zbog toga što on nema mesto fosforilacije za PKA.

ADH preko PKA utiĉe na fosforilaciju petlje u citosolu koja spaja ova dva ponovka UT2

transportera kod UT1 transportera i na taj naĉin ADH podstiĉe reapsorpciju uree. Zbog ĉega je

neophodno da pijemo što više teĉnosti? Da bismo se oslobodili uree. Kad ne pijemo dovoljno

teĉnosti stvara se ADH, a on ne samo što zadrţava vodu već reapsorbuje ureu, vraćamo je nazad

umesto da je izluĉimo putem mokraće.

135

Transport glukoze

Glikemija 4-5, mada se povećajavaju granice. Glukoza se sva isfiltrira u Boumanovu

kapsulu , 98% glukoze se vraća u proksimalnim tubulama zahvaljujući kotransporteru glukoza-

Na. Na se transportuje nizvodno u pravcu gradijenta koncentracije i omogućava uzvodno

transport glukoze zahvaljujući EFT2 transporteru. Ovaj transporter reapsorbuje glukozu u prvom

delu proksimalnih tubula na stuprotnu stranu, GLUT2 olakšanom difuzijom transportuje glukozu

uz gradijent koncentracije iz ćelije u krv. U drugom delu proksimalnih tubula glukoza se

reapsorbuje zahvaljujući drugom transporteru, SGLT1. Ovaj transporter ima viši afinitet za Na

(ali manji kapacitet), transportuje dva Na zajedno sa 1 glukozom. GLUT 1 transportuje glukozu

u pravcu gradijenta koncentracije. U normalnim fiziološkim uslovima u mokraći ne bi trebalo da

bude šecera. Kada se šećer pojavljuje u mokraći? U sluĉaju hroniĉno povećane koncentracije

npr. kod diabetes melitusa.

Svaka materija se reapsorbuje nezavisno od drugih ali svaka ima svoj transportni

maksimum.Transportni maksimum za glukozu iznosi 14 mmol, normalna glikemija u krvi 4-5.

Transporteri su u stanju do 14 da je vrate nazad iznad 14 glukoza ne moze da se reapsorbuje i

vrši se njena sekrecija putem mokraće i zato nastaje glikozurija, posledica povećane

koncentracije glukoze u krvi. Posle obroka moţe da skoĉi ali se vraća brzo kod zdravih ljudi jer

to insulin reguliše i momentalno je spusta.