A plazma membrán Na,K-ATPase Dr. Ádám Veronika

A LIPID KETTŐS RÉTEG PERMEABILITÁSA O2 HIDROFÓB MOLEKULÁK H2 H2O urea glycerol CO2 KIS, POLÁROS MOLEKULÁK glucose sucrose NAGY, POLÁROS MOLEKULÁK Cl- K+ Na+ Ca2+ IONOK

Na+, A- à nem permeabilis Modell sejt Extracellularis Intracellularis + Na+ 117 A- 0 K+ 3 Cl- 120 30 116 90 4 - + + - + K+, Cl- à permeabilis Na+, A- à nem permeabilis Nernst egyenlet K+ equilibrium potential: no net K+ movement Valójában: limitált Na+ permeabilitás

from the cytoplasmic side Li+ can replace Na+ from the cytoplasmic side but with lower efficiency [Na+]o140 mM 3 : 2 elektrogén Na,K-ATPase [Na+]i 10 mM [K+]i 140 mM [K+]o 5 mM ATP ADP - 90 mV ATP [Ca2+]i ADP K+ 100 nM Ca2+-ATPase [Ca2+]i 2 mM

Goldman – Hodgkin – Katz egyenlet Nernst egyenlet Goldman – Hodgkin – Katz egyenlet

E1 forma Kation kötőhely intracellulárisan Nagy affinitás Na és ATP iránt (0.2 mM) E2 forma kis affinitás ATP iránt 150 mM

Ionofor domain: 3,4,5,(8?) transzmembrán szegment b-alegység -55 k Da - 4 izoforma - Aktivitáshoz szükséges - S–S szükséges -Glikoziláció aktivitáshoz nem kell 100 kDa 4 izoforma Ionofor domain: 3,4,5,(8?) transzmembrán szegment 369 - aszpartát

P-típusú ATP-ázok Na, K-ATPáz α1 α2 α3 α4 K, H-ATPáz (K+-absorption; H+- excretion) gyomor parietális sejtek

P-típusú ATP-ázok SERCA ATPáz SERCA 1 harántcsíkolt izom SERCA 2 szívizom, simaizom, harántcs. - foszfolamban SERCA 3 trombocita, endotel sejt Plazma membrán Ca2+- ATPaz PMCA 1 általános PMCA 2 neuron - higher affinity for cAMP phosphorylation than PMCA 4 PMCA 3 harántcsíkolt izom, agy PMCA 4 általános PMCA 5 ATP dependens aminofoszfolipid transzlokáz foszfatidil szerin, foszfatidil etanolamin asszimetrikus membran eloszlás

Extracell. Na+ Citoplazma ATP K+ ATP

a2b2 tetramer (270 kD) Optimális foszfolipid környezet Fluiditás Rekonstruálták lipid vezikulákba

Ouabain Na+ Ca2+ Ca2+ ATP-áz izoformák: Legalább 5 különböző gén àa Alternatív transzkripció (splicing) àb Különbözik az ouabain érzékenység, ion aktív. àkülönb. szervek

Piros gyűszűvirág (Digitalis purpurea)

α alegység izoformák α1 - legtöbb sejtben, epithel sejtekben kizárólag ez α2 - harántcsíkolt izom, agy, szív α3 - neuronok, szív α4 - here Szívglikozidok iránti eltérő érzékenység: Kd α2 > α3 > α1 0.1 pM 30 nM 0.1 mM

Na, K - ATPaz KMK+ ~ 0.5 mM KMNa+ 10-20 mM KM ATP catalytic site 0.2 mM Citoplazma loop C terminalisán cAMP-dependens foszforiláció àenzim gátlás Foszforiláció protein kináz C – az enzim fokozott endocitozisa

A digitalis-like compounds (DLC) hatásai

A pumpa a [Na+]i változásra reagál A pumpa működéséhez: Na+i és K+o szükséges A [K+]o teliti a K-kötőhelyet [Na+]i < mint, ami az 50 %-os telitéshez szükséges A pumpa a [Na+]i változásra reagál

A sejt teljes ATP termelésének ~ 30%-a neuronokban, idegsejtekben 50 % lehet (Na, K-ATPáz: feszültség -függő Na+ csatorna = 10 :1) Normál [Na+]i és [K+]o à pumpa aktivitás 10-15%-a a maximumnak à nagy reserv kapacitás Neuronokban 2.5 – 25 x aktivitás fokozódás akciós potenciál során K0.5 ATP-re 300 - 800 µM Anoxia!

Reguláció γ – subunit (1978) Jelentősége:anoxiában szövet-specifikus Na, K-ATPáz regulátor (vese, pancreas, fötális máj) 7.2 KDa (58 aminosav) - egy transzmembrán domain Nem integráns része az enzimnek Növeli az enzim ATP iránti affinitását Szerepe van a K+ általi aktiválásban Jelentősége:anoxiában Fiziológiásan a vese velőállomány közel anoxiás körülmények között működik Reabszorpciók a Na-pumpa kontrollja alatt állnak Kis mértékű ATP affinitás növekedés → pumpa aktivitás ↑ (Fine tuning! Nagy mértékű affinitas növekedés további ATP ↓ okozna!)

Reguláció HORMONOK KORTIKOSZTEROIDOK (aldoszteron, dexamethazon) vese aldoszteron: csökent Na+ bevitelhez való long-term adaptáció vese long term hatás - fokozott Na,K-ATPáz mRNS expresszió short term hatás - enzim aktivitás fokozás (Na+ iránti KM csökkentés?) long term upreguláció - α1, α2, α3 izoformákra leírták (simaizom, agy, szív) ENDOGEN STROFANTIN

ESSZENCIÁLIS HIPERTÓNIA (Só - térfogat dependens - alacsony renin szint) Vese Na+ ürítés ↓ ↓ [Na+] plazma ↑ Keringő vértérfogat ↑ ? ↓ ? Ouabain felszabadulás - mellékvesekéreg Vasculáris tónus ↑ [Na+]i ↑ → Na - Ca csere → [Ca2+]i ↑ Hosszan tarto kezeles sziv glikozidokkal → → hipertonia

DOPAMIN Vese proximális tubulusokban is szintetizálódik - natriuretikus faktor (paracrin és autocrin módon) Na,K-ATPáz gátlás → csökkent Na+ reabszorpció magas sóbevitel esetén fiziológiás jelentőségű D1 és D2 receptorok PKC - foszforiláció - az enzim fokozott endocitózisa PKA - enzim foszforiláció + DARPP-32 foszforiláció (dopamin és cAMP regulált foszfoprotein) ↓ protein foszfatáz 1 gátló

dependent phosphatase Phospho-Na+, K+-ATPase Dephospho-Na+, K+-ATPase Dopamine(Signal A) Signal B Ca2+ cAMP DARPP-32 (inactive) Ca2+/calmodulin dependent phosphatase PKA DARPP-PO4 (active) Inhibits Protein phosphatase-1 Phospho-Na+, K+-ATPase (inactive) Dephospho-Na+, K+-ATPase (active) PKA, PKC Intracellular Na+ á Membrane potential â Intracellular Na+ â Membrane potential á

ADRENALIN Szovetspecifikus hatas Na,K-ATPáz aktiválás a harántcsíkolt izomban - izommunka utáni hiperkalemiát csökkenti

NORADRENALIN enzim stimulálás szövetspecifikus (pl. adipocita, miocita, máj, vese) Altalaban a katekolaminok (A, NA) hatasa az enzimre: non-receptor hatás - gátló fémionokat kelál receptor - α1 PKC - β PKA neuron: ion egyensúly visszaállítás elektromos stimulációt követően vese: hatása a dopaminéval ellentétes

INZULIN Short term hatás: stimuláció (enzim transzlokációja a plazmamembránba) Long term hatás: komplex fokozott vagy csökkent expresszió ↓ diabetesben fontos lehet

Na,K-ATPáz kitüntetett sejttípusokban Vese:Na reabszorpció Na/Ca csere digitalis Stretch aktivált csatornák működése után a Na kipumpálása neuron glia

Másodlagos aktív transzportok Na kotranszporterek *Glukoz felszivodas *Aminosav felszivodas *Ca2+ (Na+-Ca2+csere) *Kolin felvetel a kolinerg axon terminalisba *Adrenalin, noradrenalin. dopamin, szerotonin felvetel az axon terminalisba *Na+-H+ csere Gátolhatók a specifikus gátlókkal + ouabainnal

Na-H CSERETRANSZPORTER (NHE) -77 mV pH = 7,08 83 nM pH = 7,38 44 nM Na+ H+ 1:1 nem elektrogén [H+]i = 730 nM pH = 6.13

Vese Na+ reabszorpció Proximális tubulus Gyűjtőcsatorna (Na+-H+ csere) Gyűjtőcsatorna (Na+ csatorna) Ca = szensav anhidraz

5 izoforma 12 transzmembrán régió NHE 1 általános (basolateralis membrán) regulált, neurotranszmitterek hormonok növekedési faktorok sejt térfogat csökkenés H+ affinitás ↑→ citoplazma alkalinizálás NHE 3 epitel sejtek apikalis membránjában NHE 5 agy, lép, testis

Vezikuláris neurotranszmitter antiporter 12 transzmembrán szegmens Proton antiporter (vezikuláris membrán antiporterek, VMAT) széles szelektivitás: DA, NA, szerotonin VMAT1 agy, perifériás neuroendokrin sejtek VMAT2 neuronok, mellékvese kromaffin sejtek hisztamint is transzportál VAChT kolinerg szinapszisokban H+ ionofórokkal gátolható

Neurotranszmitterek ~ pH = 6 ATP H+ ADP H+ Citoplazma