هورمونی برای رشد قد

هورمون رشد از بخش جلویی غده هیپوفیز ترشح شده و وارد خون می‌ شود و با اثر بر استخوان‌ ها، باعث رشد طولی استخوان ‌ها و بلندتر شدن قد می ‌شود.

ترشح هورمون رشد از غده هیپوفیز یک جریان دائمی و همیشگی نیست، بلکه این هورمون به صورت دوره ای یا پریودیک ترشح می ‌شود و میزان آن در خون، در طول شبانه ‌روز تفاوت دارد و تحت تاثیر عواملی ترشح آن افزایش می ‌یابد.

خوابیدن، ورزش کردن ، گرسنگی، سرما ، اعمال جراحی ، شوک ‌های عصبی و خوردن غذاهای پروتئینی باعث می ‌شود که هورمون رشد بیشتر ترشح شود.

در واقع هورمون رشد یک خاصیت فیزیولوژیک مهم دارد که از کاهش غلظت گلوکز (قند) خون جلوگیری می‌ کند تا آن را برای نیاز سلول‌ های مغزی حفظ کند. بنابراین کاهش غلظت گلوکز به هنگام گرسنگی و ورزش سبب افزایش ترشح هورمون رشد در خون می ‌شود. در حین خواب عمیق نیز بیشترین مقادیر هورمون رشد ترشح می ‌شود.

در دوران کودکی، ترشح کافی هورمون رشد اهمیت زیادی دارد، زیرا مقادیر متناسب آن سبب رشد طبیعی کودک می ‌شود و کاهش آن به کوتاهی قد و کاهش رشد کودک منجر می ‌شود.

از طرف دیگر افزایش ترشح هورمون رشد نیز در سنین کودکی، باعث رشد و بلند قدی غیر طبیعی و غول‌ پیکری وی می ‌شود و عارضه‌ای به نام "ژیگانتیسم" را به وجود می ‌آورد. حتی بعد از سنین رشد که صفحات رشد استخوان ‌ها بسته می‌ شوند، با افزایش ترشح هورمون رشد، اگرچه طول استخوان‌ ها افزایش نمی ‌یابد، اما قطر استخوان‌ها زیاد شده و درشت هیکلی در ناحیه فک، پیشانی، دست و پاها عارضه ‌ای را به وجود می‌ آورد که "آکرومگالی" نامیده می ‌شود.

گونه ترشح هورمون رشد را افزایش دهیم؟

برخی از عوامل در افزایش ترشح هورمون رشد موثر‌ند و در سنین رشد می‌ توانند باعث بلندی قد کودک و نوجوانان شوند که در زیر به آن ها اشاره می ‌کنیم:

خواب کافی و منظم

اولین قدم برای تحریک ترشح هورمون رشد، خواب کافی و البته منظم است. بیشترین میزان ترشح هورمون رشد پس از به خواب رفتن و در 2 ساعت اول خواب است و به استخوان‌ها می ‌رسد، بنابراین بهتر است کودکان و نوجوانان شب‌ ها تا دیر وقت بیدار نمانند و اگر می‌ توانند هنگام بعد از ظهر، خوابی هر چند کوتاه مدت داشته باشند.

تغذیه صحیح

زیاده‌ روی در مصرف قند‌ها و شیرینی ‌جات، سبب افزایش میزان گلوکز (قند) خون به صورت ناگهانی می‌ شوند که این امر خود باعث کاهش میزان ترشح هورمون رشد می‌ شود.

غذاهای چرب نیز حجم عضلات بدن را کاهش می دهند و مانع رسیدن پروتئین کافی به بدن می ‌شوند.

تمرینات ورزشی

پزشکان معتقدند که مصرف غذاهای حاوی پروتئین، 2 ساعت قبل از ورزش و نیز پس از ورزش باعث افزایش قابل توجهی در میزان هورمون رشد و نیز هورمون تستوسترون در آقایان می ‌شود.

انجام ورزش‌های کششی مرتب، با تقویت عضلات پشت و تقویت ستون فقرات باعث راست قامتی بیشتر و افزایش قد تا حدود 5/2 تا 5 سانتیمتر می ‌شوند.

بنابراین در هر سنی که هستید، روزی 20 تا 30 دقیقه وقت برای ورزش بگذارید تا از فواید آن همچون افزایش متابولیسم (سوخت و ساز) بدن، کاهش حجم چربی بدن و تقویت سیستم ایمنی بدن بهره ببرید.

فاصله‌ گذاری مناسب بین تغذیه و خواب

کمبود روی و کوتاهی قد

مصرف غذاهای سنگین پیش از خواب باعث می ‌شود که در هنگام خواب میزان انسولین خون افزایش یابد و این مساله باعث کاهش ترشح هورمون رشد می ‌شود. بنابراین اگر می ‌خواهید از خواب تان بهره کافی ببرید، حداقل 2 ساعت قبل از خواب، مواد غذایی سنگین و چرب و دیر هضم نخورید.

نصر روی یکی از مواد معدنی مورد نیاز بدن است که پس از آهن، بدن بیشترین نیاز را به آن دارد. این عنصر کمیاب در بدن نقش‌ هایی حیاتی دارد و کمبود آن سبب خستگی و ضعف، کوتاه قدی، عوارض پوستی و دیررس بودن صفات ثانویه جنسی می ‌شود.

در کشور ما یکی از دلایل مهم کوتاهی قد در کودکان و نوجوانان، کمبود روی است که بیشتر ناشی از جذب ناکافی این عنصر است.

غلات و نیز غذاهای حیوانی مانند گوشت و تخم ‌مرغ ، لبنیات و غذاهای دریایی مثل ماهی و میگو سرشار از روی هستند. مصرف نان‌ هایی که به خوبی تخمیر نشده‌اند یا در تهیه آنها از جوش شیرین استفاده شده است، از جذب روی و املاح معدنی دیگر جلوگیری می کنند و باعث کوتاهی قد در جوانان می شوند. در واقع در غلات و به ویژه پوسته آن ها ماده‌ای به نام فیتات وجود دارد که مانع جذب روی است. ولی در اثر تخمیر، تجزیه می‌ شود و از بین می‌ رود. با این تفاسیر درمی ‌یابید که مصرف نان‌ هایی که به روش سنتی تهیه می ‌شوند و به خوبی تخمیر می‌ شوند، بهترین منبع روزانه برای تامین روی هستند.

امروزه مکمل‌ های روی به صورت شربت ‌های در داروخانه‌ ها وجود دارند که پزشکان برای کودکانی که دچار کوتاه قدی و تاخیر رشد هستند، تجویز می‌ کنند.

علاوه بر روی، ویتامین‌ها و مواد معدنی دیگر همچون ویتامینA  ، B12 ، آهن و کلسیم برای رشد قد ضروری هستند.

دکتر شیرین فرجی گودرزی-سایت تبیان

انجام روزانه ورزش‌ های کششی و نرمشی، اثر مستقیمی بر افزایش میزان هورمون رشد دارند و فعالیت‌ های ورزشی شدید سبب کاهش قند خون می ‌شوند و متعاقب این امر، ترشح هورمون رشد افزایش می ‌یابد. مصرف غذاهایی که پروتئین کم و قند بالا دارند، منجر به کوتاهی قد و تاخیر در رشد می‌ شوند. بنابراین مصرف پروتئین به خصوص پروتئین‌ هایی که کیفیت بالایی دارند، برای رشد و افزایش قد لازم است.

شش راه جهت افزایش ترشح هورمون رشد و افزایش قد
دکتر : سعید مرتضوی مقدم

غده هیپوفیز قدامی که در مغز قرار دارد، علیرغم اندازه کوچکش محل ترشح هورمونی به نامهورمون رشد است.این هورمون باعث می شود که چربی اضافی و زائد بدن سریع تر به انرژی تبدیل شود، در نتیجه موجب رشد بیشتر و قوی تر استخوان های بدن خواهد شد. هورمون رشد مهم ترین عامل برای افزایش قد در دوران رشد می باشد. اگر چه میزان تولید هورمون رشد در بدن کاملاً به مغز وابسته است، ولی می توان با استفاده از روش هایی میزان تولید آن را در بدن افزایش داد.

البته باید بگویم افزایش قد در دوران رشد امکان پذیر خواهد بود و بعد از سخت شدن قسمت نرم و غضروفی استخوان ها و توقف رشد طولی آنها، قد فرد افزایش نخواهد یافت .


شش راه وجود دارد که شما می توانید با انجام آنها تا حدی باعث افزایش ترشح هورمون رشد شوید :


1-خواب کافی و منظم باعث افزایش مقدار هورمون رشد در طول روز می شود.


2- به جای اینکه سه وعده غذایی و در هر وعده مقدار زیادی غذا مصرف کنید ،سعی نمایید وعده هایی غذایی خود را به شش وعده غذایی برسانید تا در هر وعده مقدار کمتری غذا مصرف کنید، زیرا مصرف زیاد مواد غذایی که دارای اندیس گلیسمی بالا ( قند بالا ) هستند، بدن را وادار می کند که مقدار انسولین بیشتری ترشح نماید. این مسئله نه تنها منجر به ذخیره چربی اضافی در بدن می شود، بلکه ممکن است جریان هورمون رشد را در بدن متوقف کند.

به این نکته مهم اشاره می کنیم که مصرف غذاهای حاوی قند کمتر، از آزاد شدن انسولین جلوگیری خواهد کرد. ورزش کردن ، خواب کافی، تغذیه صحیح و کاهش استرس ، نه تنها شما را سالم تر نگه می دارد، بلکه غده هیپوفیز قدامی را برای انجام وظایف خویش که یکی از آنها ترشح هورمون رشد است، تشویق می کند.


3-کارشناسان تغذیه بیان می کنند، مصرف غذاهای حاوی پروتئین و کربوهیدرات، دو ساعت قبل از فعالیت ورزشی و بلافاصله بعد از آن، باعث افزایش قابل توجه هورمون رشد و تستوسترون در خون می شود. بنابراین دو ساعت قبل از انجام فعالیت های ورزشی ،یک ساندویچ کوچک سالاد و جوجه مصرف کنید.


4- انجام ورزش های کششی روزمره مثل نرمش های بدنسازی روزانه، تاثیر مستقیمی بر روی ترشح هورمون رشد دارند.مطالعات جدید نشان می دهند که مقدار و دفعات ترشح هورمون رشد با فعالیت ورزشی شدید مرتبط می باشد. بعد از فعالیت ورزشی شدید هورمون رشد بیشتری در بدن آزاد می شود. برای اینکه شما بیشترین بهره را از فعالیت ورزشی بدست آورید، باید مطمئن باشید که مدت و شدت فعالیت ورزشی شما برای ایجاد پاسخ مناسب ( تحریک هیپوفیز قدامی برای ترشح هورمون رشد ) کافی است.


ورزش های بی هوازی شدید و پیاده روی به مدت حداقل30-20 دقیقه باید انجام شود. ورزش های کششی خاصی وجود دارد که ممکن است تا حدی باعث آزاد شدن هورمون رشد شوند.

با انجام حرکات کششی که مستلزم کار گروهی ماهیچه ها می باشد، شدت فعالیت ورزشی بالا می رود و به دنبال آن غده هیپوفیز قدامی مجبور می شود که هورمون رشد بیشتری آزاد نماید. شرکت در فعالیت های ورزشی هوازی شدید نیز می تواند باعث افزایش ترشح هورمون رشد شود.


5- دریافت اسید آمینه گلیسین قبل از فعالیت ورزشی می تواند تا حدی باعث تحریک ترشح هورمون رشد شود. ولی این اسید آمینه زمانی موثر است که به صورت مکمل دریافت شود. با مصرف غذاهای غنی از اسید آمینه گلیسین ( مانند گوشت ، ماهی ، مرغ و شیر ) قبل از فعالیت ورزشی، نمی توان ترشح هورمون رشد را افزایش داد، زیرا با مصرف این نوع غذاها قبل از فعالیت ورزشی، معده شما پر خواهد شد و گلیسین اضافی جذب بدن نخواهد شد. اگر اسید آمینه گلیسین بیشتر از مقدار لازم دریافت شود، مقدار اضافی آن باید از سد خونی- مغزی ( blood-brain barrier ) عبور کند، در نتیجه اثر گلیسین بر روی ترشح هورمون رشد کاهش می یابد.


بنابراین می توان گفت،فقط در صورتی که این اسید آمینه به صورت جدا و به شکل مکمل و ترجیحاً با معده ی خالی مصرف شود، باعث آزاد شدن هورمون رشد می شود. در این حالت سرعت جذب گلیسین بالا می رود و سایر اسیدهای آمینه نیز با جذب آن تداخل نخواهند کرد.


6- بیشترین مقدار هورمون رشد در دو ساعت اولیه خواب ترشح می شود.هرگز دو ساعت قبل از خواب وعده غذایی سنگین ( حاوی مقادیر زیاد مواد غذایی ) مصرف نکنید، زیرا نیاز به انسولین بالا بعد از مصرف زیاد مواد غذایی، از آزاد شدن هورمون رشد به مقدار زیاد جلوگیری می کند. در نتیجه بدن نمی تواند از فواید استراحت بهره مند شود.

همچنین به نظر می رسد ،شب بهترین زمان برای دریافت مکمل اضافی جهت افزایش ترشح هورمون رشد می باشد. محققان دریافته اند ، مصرف اسیدهای آمینه آرژنین و اُرتینین با یکدیگر و با معده خالی، قبل از خواب می تواند مقدار هورمون رشد را افزایش دهد. مکمل های قابل دسترس مطمئن تری نیز وجود دارند که شما می توانید از آنها استفاده کنید. مثلاً 5- هیدروکسی تریپتوفان که قبلاً برای درمان بی خوابی استفاده می شد، به ترشح هورمون رشد کمک می کند.

البته تمامی این مکمل ها باید تحت نظر پزشک و با تجویز وی مصرف شوند و ار مصرف خودسرانه آنها خودداری کنید.

منبع: 3333.ir

سد خونی مغزی

مويرگ‌های خونی در مغز وضعيت ويژه‌ای دارند. سلول‌های سازنده اين مويرگ‌ها با اتصا ل محکم به هم متصل‌اند. اتصال های محکم از عبور بسياری از مولکول‌های درشت‌ خون از فضای بين سلول‌ها جلوگيری می‌کنند. به علاوه سلول‌های ستاره‌ای شکلی به نام آستروسيت مويرگ‌های مغز را احاطه می‌کنند. بنابراين، بر خلاف ساير اندام‌ها، مولکول‌های موجود در خون نمی‌توانند به راحتی از لابه‌لای سلول‌های سازنده ديواره مويرگ‌ها عبور کنند و بايد از درون اين سلول‌ها بگذرند. انتشار، انتقال فعال، اندوسيتوز و اگزوسيتوز باعث عبور بعضی مولکول‌ها از اين سلول‌ها می‌شوند. اين وضعيت باعث ايجاد سد خونی مغزی می‌شود. سد خونی مغزی باعث فراهم آمدن محيط غذايی مناسبی برای سلول‌های مغز می‌شود و در جلوگيری از عفونت‌ها نيز موثر است.

موادی که ازسد خونی مغزی می‌گذرند، مايع مغزی نخاعی را می‌سازند. مايع مغزی نخاعی کل فضاهای مغز (فضای زير عنکبوتيه، بطن‌های مغز و نخاع) را پر می‌کند. اين مايع باعث حفاظت مغز در برابر ضربه می‌شود.

سد خونی مغزی هنگام شيمی درمانی بيماری‌های مغز مشکلاتی ايجاد می‌کند. زيرا داروهايی که می‌توانند وارد ساير اندام‌ها شوند، ممکن است نتوانند وارد مغز شوند. برای مثال، در نوعی بيماری مغزی به نام پارکينسون بيماران به وجود ماده‌ای در مغز به نام دوپامين نياز دارند. اما دوپامين از سد خونی مغزی نمی‌تواند عبور کند. از اين رو، به اين بيماران پيش‌ساز دوپامين ( ال-دوپا) می‌دهند. اين ماده به راحتی از سد خونی مغزی می‌گذرد. زيرا، بعضی از پروتئين‌هايی که در غشای سلول‌های سازنده مويرگ‌های مغز قرار دارند و به جابه‌جايی بعضی مواد کمک می‌کنند، به علت شباهت ال-دوپا به اسيد آمينه‌ها باعث ورود آن به مايع مغزی نخاعی و در واقع سلول‌های مغز می‌شوند. وقتی ال-دوپا وارد مغز شد به دوپامين تبديل می‌شود.

اتصالات محکم	Tight junctions
سد خونی مغزی	Blood brain barrier
پارکينسون	Parkinson
سلول‌های

ترجمه روندی است که در آن از اطلاعات رمز شده در RNA برای ساختن پروتیئنها استفاده می‌شود.

مقدمه

پروتئینها از اتصال اسیدهای آمینه به یکدیگر از طریق پیوند پپتیدی بدست می‌آیند. تشکیل پیوند پپتیدی و قرار گرفتن ترتیب اسیدهای آمینه که برای هر پروتئین اختصاصی است، به سادگی امکان پذیر نیست. به همین دلیل می‌بایست در یاخته مکانیسم ویژه‌ای وجود داشته باشد که بتواند ویژگی پروتئینها را حفظ کند. بیوسنتز پروتئینها در واقع ترجمه ترتیب نوکلئوتیدی اسید نوکلئیک DNA در مولکول پروتئین است. انتقال اطلاعات از DNA به مولکول پروتئین بوسیله RNAها ، بویژه mRNA امکانپذیر است. بدین ترتیب برای هر پروتئین ، mRNA اختصاصی آن پروتئین وجود دارد.

به عبارت دیگر هر پروتئین در روی DNA ، ژن اختصاصی دارد که اطلاعات آن ژن در mRNA رونویسی و در مولکول ترجمه می‌شود. در بیوسنتز پروتئینهایی که در ساختارشان بیش از چند اسید آمینه دارند، وجود یک مکانیسم سنتزی که در آن ترکیبات و عوامل بسیاری دخالت می‌کنند، الزامی است. این مکانیسم به یک سیستم رمز یاب نیاز دارد که بطور خودکار واحد اسید آمینه معینی را در موقعیت ویژه‌ای از زنجیره پروتئینی قرار می‌دهد.

ترکیبات شرکت کننده در سنتز

RNA پیک (mRNA)

این RNA اطلاعات مربوط به پروتئین ویژه‌ای را از مولکول DNA می‌گیرد و به ماشین سنتز کننده پروتئین انتقال می‌دهد. در ترتیب نوکلئوتیدهای mRNA هر سه نوکلئوتید مجاور بیانگر رمز (کدون) اسید آمینه مشخص هستند و به همین جهت ترتیب نوکلئوتیدها در mRNA بیان کننده ترتیب اسیدهای آمینه در پروتئین است. هر اسید آمینه رمز مشخصی دارد. متیونین و تریپتوفان فقط یک رمز دارند، در حالیکه سایر اسیدهای آمینه واجد دو یا تعداد بیشتری رمز هستند.

رمز میتونین همیشه AUG است که آغاز سنتز را در همه پروتئینها به عهده دارد. در یاخته‌های پروکاریوت و یوکاریوت ، در هر دو پروتئین سازی با میتونین آغاز می‌شود. پروتئینهایی که نخستین اسید آمینه آنها میتونین نیست، پس از آغاز میتونین آغازین از مولکول برداشته می‌شود. سه رمز UGA و UAA و UAG برای پروتئین رمز خوانی نمی‌کنند، بلکه رمزهایی هستند که پایان سنتز زنجیره پروتئین را بیان می‌کنند.

RNA ناقل (tRNA)

tRNA ساختار سوم از نوع L دارد که در آن دو ناحیه پذیرنده و آنتی کدون آزادند و بقیه مولکول تاب خورده است. آنتی کدون (پاد رمز) شامل سه نوکلئوتید است که مکمل رمز ویژه‌ای از mRNA است. tRNA از ناحیه پذیرنده یک اسید آمینه اختصاصی را به خود متصل می‌کند. آنزیم اختصاصی به نام آمینو اسیل- tRNA- سنتتاز این عمل را انجام می‌دهد. در نتیجه برای هر اسید آمینه دست کم یک tRNA اختصاصی وجود دارد. ولی برخی از اسیدهای آمینه بیش از یک نوع tRNA دارند.

ریبوزومها

ریبوزمها که از اتصال RNA ریبوزومی با تعدادی پروتئین شکل می‌گیرند، شامل دو زیر واحد هستند که از نظر اندازه و نوع پروتئینها در یوکاریوتها متفاوت هستند. دو زیر واحد در حالت عادی از یکدیگر جدا بوده و در یاخته پراکنده‌اند. در حالی که با آغاز سنتز پروتئین ، دو زیر واحد به هم متصل شده و یک مجموعه را تشکیل می‌دهند. در روی ریبوزومها (هر دو زیر واحد) در جایگاه وجود دارد. جایگاه آمینو اسیل که با A نمایش داده می‌شود و جایگاه پپتیدیل که با P مشخص می‌شود. هنگامی که دو زیر واحد به هم متصل می‌شوند، جایگاهها به نحوی قرار می‌گیرند که کاملا بر همدیگر منطبق باشند.

آنزیم پپتیدیل ترانسفراز یا پپتید سنتتاز

اتصال دو اسید آمینه به یکدیگر یا تشکیل پیوند پتیدی را کاتالیز می‌کند.

عوامل آغازگر

این عوامل دراز کننده و پایان دهنده یا آزاد کننده زنجیره هستند.

انرژی لازم

انرژی لازم در واکنشها بوسیله GTP تامین می‌شود.

مراحل سنتز پروتئین(مراحل سنتز در پروکاریوتها)

آغاز سنتز

عواملی که در آغاز سنتز زنجیره پروتئین شرکت دارند، عوامل آغازگر خوانده شده و با علامت اختصاصی IF نشان داده می‌شوند. تا کنون سه نوع آغازگر IF₁ , IF₂ , IF₃ شناسایی و مطالعه شده‌اند. رمز آغازگر سنتز در روی mRNA همیشه مربوط به اسید آمینه متیونین بوده و در پروکاریوتها این اسید آمینه حالت فرمیل دار متیونین است. رمز متیونین و یا فرمیل متیونین سه نوکلئوتید AUG است. در مرحله اول ، عامل IF₃ به زیر واحد کوچک ریبوزوم متصل می‌گردد.

سپس mRNA در روی آن طوری قرار می‌گیرد که رمز AUG در جایگاه P ریبوزوم واقع شود. پس از استقرار mRNA در جایگاه خود IF₃ آزاد می‌گردد. در مرحله بعد عامل IF2 , GTP به tRNA فرمیل متیونین (fMet) متصل شده و مجموعا بر روی زیر واحد کوچک ریبوزوم که حامل mRNA نیز هست، انتقال می‌یابد. در این حالت زیر واحد بزرگ ریبوزوم به مجموعه فوق به نحوی متصل می‌شود که جایگاه P و A دو زیر واحد به یکدیگر منطبق شوند.

دراز شدن زنجیره

مرحله‌ای است که طی آن اسیدهای آمینه تشکیل دهنده زنجیره پروتئین مورد نظر ، یکی یکی با سوار شدن بر روی tRNA ویژه خود ، بر روی ریبوزوم انتقال می‌یابند و بین آن پیوند پپتیدی ایجاد می‌شود. در این فرآیند عوامل دراز کننده زنجیره شرکت دارند که با EFG و EFT نشان داده می‌شوند. ابتدا اسید آمینه دوم بر روی tRNA خود سوار می‌شود و عوامل GTP و EFG را به خود متصل می‌کند و مجموعه حاصل به جایگاه A ریبوزوم منتقل می‌شود. پس از اینکه tRNA کاملا در محل خود ثابت شد، EFT آزاد می‌شود و GTP به GDP و Pi تبدیل می‌گردد.

در مرحله بعد بین دو اسید آمینه که یکی در جایگاه P و دیگری در جایگاه A قرار دارد، پیوند پپتیدی تشکیل می‌شود. این عمل بوسیله آنزیم پپتیدیل ترانسفراز یا پپتیدیل سنتتاز کاتالیز می‌گردد. در این حالت حرکت ریبوزوم در روی mRNA در جهت 5--->3 به اندازه یک رمز ، موجب می‌شود که tRNA موجود در جایگاه p (که اسید آمینه خود را رها کرده) و tRNA پپتیدیل (که اسید آمینه را بر روی خود حمل می‌کند) از جایگاه A به P انتقال ‌یابد. این مرحله جابجایی نامیده می‌شود و انجام آن به عامل EFG نیاز دارد. جایگاه A که اکنون خالی شده ، برای پذیرش اسید آمینه سوم آماده می‌شود. اتصال واحدهای اسید آمینه به همین ترتیب پیش می‌رود تا اینکه ریبوزوم به انتهای رمز مربوط در روی mRNA برسد.

پایان سنتز زنجیره

پایان سنتز زنجیره پروتئین هنگامی است که ریبوزوم به رمزهای انتهایی روی زنجیره mRNA می‌رسد. در روی mRNA سه رمز پایانی UGA , UAG , UAA وجود دارند، که پایان سنتز زنجیره را اعلام می‌کنند. عواملی که در این مرحله شرکت دارند به نام عوامل آزاد کننده R₃ و R₂ و R₁ معروف هستند. اتصال این عوامل به رمزهای پایانی مربوطه ، باعث می‌شود که آنزیم پپتیدیل سننتاز به جای اینکه پیوند پپتیدی ایجاد کند، مولکول آب را به انتهای زنجیره انتقال دهد. در نتیجه مولکول پروتئین تازه سنتز شده در انتها به عامل COOH پایان می‌یابد و زنجیره آزاد می‌گردد و بلافاصله mRNA و سایر عوامل آزاد شده و دو زیر واحد ریبوزومها نیز از یکدیگر جدا می‌شوند. برای سنتز یک مولکول mRNA چندین ریبوزوم همزمان روی رشته قرار می‌گیرند و در پروتئین سازی شرکت می‌کنند.

شبکه آندوپلاسم

دید کلی

شبکه آندوپلاسمی بزرگترین اندامک داخل سلولی محسوب می‌شود. فضای داخل شبکه آندوپلاسمی لومن نام دارد و در سال 1964 توسط آنشلیم نامگذاری شد. این فضا که اغلب همگن است از ماده زمینه‌ای سیتوپلاسمی ، تراکم کمتری دارد و می‌تواند وسیع شده و حفره‌هایی را بوجود آورد. فضای داخل شبکه آندوپلاسمی یا لومن با فضای بین دو غشایی هسته نیز ارتباط دارد.

غشای خارجی هسته با شبکه آندوپلاسمی دانه‌دار ارتباط دارد. غشای شبکه آندوپلاسمی شباهت زیادی به غشای سیتوپلاسمی دارد. با این اختلاف که ضخامت کمتری دارد و مقدار پروتئین آن بیشتر از مقدار لیپید است. استخراج لیپیدهای غشای پلاسمایی موجب در هم ریختن ساختمان پلاسمالم می‌گردد. ولی استخراج لیپیدهای غشای شبکه آندوپلاسمی موجب درهم ریختن آن نمی‌شود.

انواع شبکه آندوپلاسمی

شبکه آندوپلاسمی دانه‌دار یا خشن یا (Rough ER)

دانه‌های متصل به RER ریبوزومها هستند. این بخش در سنتز پروتئین بخصوص پروتئینهای ترشحی و در پردازش بعدی آن شرکت دارند. سلولهای ترشحی جانوران شبکه آندوپلاسمی دانه‌دار توسعه یافته‌ای دارند ولی در سلولهای گیاهی این شبکه گسترش کمتری دارد. در مجاورت هسته و بخشهای خارجی سیتوپلاسم یا مجاور غشای سیتوپلاسمی شبکه آندوپلاسمی دانه‌دار بیشتر وجود دارد.

شبکه آندوپلاسمی صاف یا نرم (Smooth ER)

این شبکه فاقد ریبوزوم بوده ، ادامه شبکه آندوپلاسمی دانه‌دار است. در نواحی میانی سیتوپلاسم شبکه آندوپلاسمی صاف و حفره‌ای بیشتر است. از وظایف شبکه آندوپلاسمی صاف می‌توان سنتز چربیها ، هیدرولز گلوکز- 6 فسفات و متابولیسم گزنوبیوتیکها یا مواد آلی خارجی مانند حشره کشها را نام برد. در سلولهایی که متابولیسم چربیها در آن روی می‌دهد و سلولهای عضلانی SER گسترش بیشتری دارد. SER واجد ناحیه‌ای موسوم به Transition است که از این ناحیه وزیکول‌های حاوی مواد از ER جدا و به دستگاه گلژی فرستاده می‌شود.

لاملای حلقوی

دارای تشکیلات ریبوزوم و سیسترنا است و بر اثر یکی شدن وزیکولهای مشتق از غشای هسته منافذی بین آنها باقی می‌ماند وجود ریبوزوم نشان دهنده شرکت آنها در سنتز پروتئین است.

شبکه سارکوپلاسم

حالت تخصص یافته شبکه آندوپلاسمی در سلولهای عضلانی است و در تنظیم یون کلسیم درون سلولها شرکت می‌کند در حالت انبساط عضله یونهای کلسیم درون شبکه سارکوپلاسم ذخیره و در هنگام انقباض وارد سیتوپلاسم سلول عضلانی می‌گردد.

عوامل موثر در اتصال ریبوزومها به شبکه آندوپلاسمی

• وجود گلیکوپروتئین خاصی به نام ریبوفورین I و II: این گلیکو پروتیئن که به عنوان گیرنده ریبوزوم در غشای شبکه آندوپلاسمی قرار دارد. ریبوفورین علاوه بر اتصال به زیر واحد بزرگ ریبوزوم نقش آنزیمی نیز دارد. ریبوفورین در عرض غشای شبکه آندوپلاسمی قرار دارد که سمت سیتوزولی آن جایگاه اتصال زیر واحد بزرگ ریبوزوم است و سمت لومنی آن فعالیت آنزیمی دارد.
  
  
• وجود پیوندهای الکتروستاتیک بین زیر واحد بزرگ ریبوزوم با غشای RER: بارهای مثبت پروتئینهای موجود در غشا شبکه آندوپلاسمی با بارهای منفی گروههای فسفات موجود در rRNAهای زیر واحد بزرگ ریبوزوم پیوند الکتروستاتیکی برقرار می‌کنند. محلولهای غلیظ نمکی این نیروها را خنثی و موجب جدا شدن ریبوزومها از RER می‌شود.
  
  
• زنجیره‌های پپتیدی در حال تشکیل بوسیله ریبوزومها: این مهمترین عامل اتصال ریبوزوم به شبکه آندوپلاسمی است. زنجیره پلی پپتید در حال تشکیل بوسیله ریبوزوم با واسطه پپتید نشان از جایگاه ویژه‌ای به فضای درونی یا لومن شبکه آندوپلاسمی نفوذ می‌کند و موجب برقراری اتصال ریبوزوم با غشای شبکه آندوپلاسمی می‌شود.

چگونگی سنتز پروتئینهای ترشحی

هم ریبوزومهای آزاد و هم انواع متصل به شبکه آندوپلاسمی در سنتز پروتئین فعال می‌باشند. ریبوزومهای آزاد عمدتا پروتئینهای سیتوزولی و پروتئینهای متعلق به اندامکها (به استثنای لیزوزوم) را می‌سازند. از طرفی بخش عمده بیوسنتز پروتئینهای انتیگرال غشایی ، پروتئینهای ترشحی و پروتئینهای لیزوزومی بوسیله ریبوزومهای متصل به شبکه آندوپلاسمی صورت می‌گیرد. این پروتئینها در انتهای N زنجیره پلی پپتیدی خود واجد توالی هیدروفوبی شامل 13 تا 36 آمینو اسید هستند که پپتید نشانه نامیده می‌شوند.

بطور کلی مراحل آغازی بیوسنتز پروتئینهای ترشحی ، غشایی و لیزوزومی نیز بوسیله ریبوزومهای آزاد صورت می‌گیرد و زمانی که زنجیره پلی پپتیدی به طول 80 آمینو اسید ساخته شد و به محض آن که پپتید نشانه از ریبوزوم بیرون زد کمپلکس SRP به ریبوزوم وصل می‌شود و فرایند سنتز پروتئین را موقتا مهار می‌کند. بعد از مهار موقتی سنتز پروتئین SRP مجموعه mRNA - ریبوزوم – زنجیره پلی پپتیدی تازه ساخت را بر روی شبکه آندوپلاسمی هدایت می‌کند و خود با گیرنده‌اش یعنی پروتئین داکینگ در شبکه آندوپلاسمی وصل می‌شود.

زیر واحد بزرگ ریبوزوم نیز به پروتئین اینتگرال غشایی ریبوفورین وصل می‌شود. در این هنگام با استفاده از انرژی که از هیدرولیز GTP به GDP و P_i آزاد می‌شود SRP از گیرنده‌اش جدا می‌شود و در این مرحله پروتئین داکینگ به از سر گیری مجدد سنتز پروتئین و همینطور عبور انتهای N پلی‌پپتید در حال رشد از غشا به درون لومن ER کمک می‌کند.

پپتید نشانه اندکی بعد از ورود به لومن شبکه آندوپلاسمی بوسیله آنزیمی موسوم به سیگنال پپتیداز که در غشای شبکه آندوپلاسمی و در بخش لومنی مستقر است حذف می‌گردد. محصول ترجمه mRNA پروتئین‌های ترشحی به صورت پری پرو پروتئین مانند پری پرو انسولین است که دارای پپتید نشانه است. بعد از حذف پپتید نشانه بوسیله سیگنال پپتیداز به پرو پروتئین مانند پرو انسولین تبدیل می‌شود که پس از پردازش و برش نهایی به پروتئین بالغ مانند انسولین تبدیل می‌شود. حذف پپتید نشانه که با تبدیل پری پرو پروتئین به پرو پروتئین انجام می‌گیرد در لومن شبکه آندوپلاسمی و بوسیله آنزیم سیگنال پپتیداز انجام می‌شود.

میکروزوم

هنگام جداسازی اندامکهای مختلف سلولها که با استفاده از اولتراسانتریفوگاسیون صورت می‌گیرد قطعاتی از سیستم غشایی درون سلولی خرد و جدا می‌شوند، به صورت حفره‌های غشایی کوچکی در می‌آیند که آنها را میکروزوم می‌نامند. میکروزومها قطعاتی از سیستم واکوئلی ، قطعات شبکه آندوپلاسمی صاف و دانه‌دار و دستگاه گلژی است. میکروزومها در سلولهای زنده و سالم دیده نمی‌شوند، بلکه نتیجه قطعه قطعه شدن قسمتهایی از سیستم غشایی درون سلولی است.

سیستم انتقال الکترون شبکه آندوپلاسمی

این سیستم در شبکه آندوپلاسمی صاف بویژه در سلولهای کبدی و غدد فوق کلیوی وجود دارد. چندین نوع آنزیم که هر کدام برای یک سوبسترا یا یک گروه از سوبستراهای ویژه هستند در غشای شبکه آندوپلاسمی می‌باشند که با سیستم انتقال الکترون مربوط به سیتوکروم P_ 450 مرتبط هستند. در این سیستم انتقال الکترون NADPH و NADH به عنوان عوامل الکترون دهنده و سیتوکرومها و فلاوپروتئین به عنوان ناقلین الکترون عمل می‌کنند ولی این انتقال الکترون با سنتز ATP همراه نیست.

اعمال شبکه آندوپلاسمی

دخالت در متابولیسم قندها

آنزیم گلوکز 6 – فسفاتاز در سطح داخلی یا سطح لومنی غشای شبکه آندوپلاسمی قرار دارد و گروه فسفات را از کربن شماره 6 گلوکز جدا می‌کنند. گلوکز را به فضای درونی شبکه و گروه فسفات را به سوی سیتوزول هدایت می‌کند. همچنین با وجود آنزیم گلیکوزیل ترانسفراز در شبکه آندوپلاسمی بخشی از گلیکوزیلاسیون پلی‌پپتیدها و لیپیدها در این محل صورت می‌گیرد.

دخالت در متابولیسم لیپیدها

عده‌ای از آنزیمهای سنتز کننده اسیدهای چرب در شبکه آندوپلاسمی بخصوص شبکه آندوپلاسمی صاف وجود دارد که تری گلیسریدها ، گلیکولیپیدها و استروئیدها را می‌سازند. همچنین آنزیمهای تجزیه کننده چربیها نیز در ER وجود دارد.

دخالت در متابولیسم پروتئینها

در قسمت درونی شبکه آندوپلاسمی پپتیدازها وجود دارند. همچنین آنزیم اکسید کننده اسید آمینه مانند سرین اکسیداز شناخته شده است. مرحله اول گلیکوزیلاسیون یا انتقال الیگوساکاریدها به پروتئین در شبکه آندوپلاسمی صورت می‌گیرد. این شبکه با داشتن ریبوزوم در سنتز پروتئینها بخصوص پروتئینهای ترشحی نقش دارند. عمل افزودن سولفات به پروتئینها و یا لیپیدها در شبکه آندوپلاسمی و دستگاه گلژی صورت می‌گیرد.

دخالت در جابجایی مواد (ترکیبات قندی و پروتئینی)

عبور دادن زنجیره پلی پپتید در حال تشکیل به درون شبکه ، پمپ کلسیم به درون شبکه ، عبور دادن گلوکز به درون شبکه مربوط به انتقال عرضی می‌باشد. انتقال امواج الکتریکی درون سلولی با انتقال بار الکتریکی بخصوص در سلولهای عصبی و عضلانی.

عمل سم زدایی

• با الحاق UDB- گلوکورونیک اسید به متابولیتهای سمی آنها را بی‌خطر می‌کند. سموم ابتدا بوسیله سیتوکوروم P_ 450 کبدی هیدروکسید می‌شود که به این ترتیب حلالیت آنها در فاز آبی بالا می‌رود. سپس به منظور دفع در کبد به اسید گلوکورونیک وصل می‌شود.

تجزیه هموگلوبین خون

شبکه آندوپلاسمی سلولهای کبدی در جداسازی گروه هم از گلوبین نقش دارد.

غیر اشباع کردن اسیدهای چرب

تبدیل مولکولهای آبگریز به مولکول‌های آب دوست ، تغییر در استروئیدها و فعال کردن کارسینوژن‌ها از واکنشهای اکسیداسیون شبکه آندوپلاسمی است. یکی دیگر از اعمال شبکه آندوپلاسمی ذخیره مواد در شبکه سارکوپلاسمیک می‌باشد.

نقش های اختصاصی شبکه آندوپلاسمی در سلولهای گیاهی

• دخالت در تشکیل پلاسمووسماتا: در مرحله تلوفاز ، سلولهای گیاهی بخشهایی از شبکه آندوپلاسمی بین تعداد زیادی فراگموزوم قرار می‌گیرد و محلهای ارتباطی سلولهای گیاهی را فراهم می‌کند.
  
• دخالت در ساخت و ترشح کالوز.
  
• تشکیل میکروبادی ، تشکیل مواد ترشحی در سلولهای ترشحی ، محل رسوب مواد در دیواره آوند چوبی ، دربرگرفتن استاتولیتها در سلولهای کلاهک ریشه از وظایف شبکه آندوپلاسمی سلولهای گیاهی است.

انتقال فعال

در فرآیند انتقال فعال ذرات در خلاف جهت شیب غلظت شیمیایی یا الکتروشیمیایی منتقل می‌شوند. این نوع انتقال وابسته به منبع انرژی است و منبع انرژی انتقال فعال عمدتا از ATP ، حرکت الکترونها در جهت شیب پتانسیل الکتریکی ، حرکت یونها در جهت شیب الکتروشیمیایی ، نور و ترکیب پرانرژی فسفو انول پیرووات تامین می‌شود. مقدمه یکی از اعمال مهم غشای سلولی این است که ترکیب یونی بسیار متفاوتی در داخل سلول نسبت به خارج آن ایجاد نماید. به عنوان مثال میزان سدیم خون در مهره داران و بی ‌مهرگان 10 یا 20 برابر بیش از مقدار آن در درون سلول است و میزان پتاسیم برعکس بوده و در درون سلول 20 تا 40 برابر بیش از خارج سلول است. حفظ و نگهداری چنین شیبهایی در دو طرف غشای نیمه تراوا نیاز به مصرف مقدار زیادی انرژی دارد. انتقال از خلال غشا به صورت فعال است یا غیر فعال. در انتقال فعال از انرژی جهت انتقال یون یا مولکول در جهت عکس شیب الکتروشیمیایی استفاده می‌شود. انتقال فعال اولیه منبع انرژی انتقال فعال اولیه ATP ، جریان الکترون در جهت شیب پتانسیل الکتریکی یا نور است. برای مثال پمپ سدیم_پتاسیم و پمپ کلسیم که در انتقال فعال این یونها از خلال غشا شرکت دارند، از ATP به عنوان منبع انرژی استفاده می‌کنند. همچنین کمپلکس‌های VI , III , I زنجیره انتقال الکترون میتوکندری ، پمپ پروتون هستند و یونهای ^+H را در خلاف جهت شیب الکتروشیمیایی انتقال می‌دهند. پمپ سدیم _ پتاسیم این پمپ که در غشای پلاسمایی سلولها بویژه سلولهای بافتهای تحریک‌پذیر نظیر بافتهای ماهیچه‌ای و عصبی به ‌وفور یافت می‌شود، در انتقال فعال آنتی پورت (در خلاف جهت هم) دو کاتیون ^+Na و ^+K نقش دارد. این پمپ به ازای انتقال کاتیونهای ^+Na و ^+K در خلاف جهت شیب الکتروشیمیایی ATP را به ADP+Pi هیدرولیز می‌کند. پمپ سدیم _ پتاسیم به ازای هر مولکول ATP که هیدرولیز می‌کند، سه یون ^+Na را در خلاف جهت شیب الکتروشیمیایی از سلول خارج و دو ^+K را در خلاف جهت شیب الکتروشیمیایی وارد سلول می‌کند. از اینرو ، این پمپ یک پمپ الکتروژنیک است. حدود 10درصد اختلاف پتانسیل بین دو سوی غشا از عملکرد این پمپ ناشی می‌شود. به‌علاوه این پمپ نقش مستقیمی در تنظیم حجم سلول و تنظیم فشار اسمزی داخل سلول ایفا می‌کند. پمپ کلسیم یون کلسیم به‌عنوان یک پیک ثانویه شناخته می‌شود که در انتقال پیام در داخل سلول نقش ایفا می‌کند. غلظت این یون در داخل سیتوزول حدود 10 درصد میکرومولار و غلظت خارج سلولی آن ده هزار برابر این مقدار است. در داخل سلول کلسیم درون اندامکهای شبکه آندوپلاسمی (ER) و میتوکندری ذخیره می‌شود. زمانی‌که کانالهای کلسیم موجود در غشای پلاسمایی و غشای ER و میتوکندری باز می‌شوند، غلظت سیتوزولی کلسیم بطور آنی و به مقدار زیادی افزایش می‌یابد. در غشای پلاسمایی و غشای شبکه آندوپلاسمی ، پمپهای کلسیمی وجود دارد. اینها با مصرف ATP به منظور کاهش مجدد غلظت کلسیم سیتوزولی این یون را به خارج سلول یا به درون لومن شبکه آندوپلاسمی پمپ می‌کنند. انتقال فعال ثانویه منبع انرژی انتقال ثانویه از حرکت یونها در جهت شیب پتانسیل الکتروشمیایی تامین می‌شود. در سلولهای پوششی جدار روده و سلولهای توبولینی کلیه ، پروتئین انتقال دهنده‌ای وجود دارد که بطور سیمپورت (هم‌جهت باهم) گلوکز و کاتیون ^+Na را به درون سلول منتقل می‌کند. این پروتئین یون ^+Na را در جهت شیب الکتروشیمیایی و گلوکز را در جهت شیب شیمیایی داخل سلول منتقل می‌کند. به عبارتی این پمپ بخشی از انرژی که از انتقال یون‌های ^+Na در جهت شیب الکتروشیمیایی حاصل می‌شود را صرف انتقال مولکول گلوکز در خلاف جهت شیب شیمیایی می‌کند. آندوسیتوز آندوسیتوز اکثر مواد از طریق انتشار یا انتقال فعال به درون سلول راه می‌یابد. اما ذرات بسیار بزرگ بواسطه یک عمل تخصص یافته غشای سلولی موسوم به آندوسیتوز وارد سلول می‌شود. اشکال اصلی آندوسیتوز عبارتند از پینوسیتوز (قطره خواری) و فاگوسیتوز (ذره خواری). پینوسیتوز غشای اکثر سلولهای دائما در حال پینوسیتوز می‌باشد اما این کار در برخی سلولها سریعتر است مثلا در ماکروفاژها. پینوسیتوز تنها راه ورود اکثر مولکولهای درشت به درون سلول می‌باشد. به عنوان مثال خلاصه پینوسیتوز مولکولهای پروتئینی را شرح می‌دهیم. این مولکولها معمولا بر گیرنده‌های تخصص یافته بر روی سطح غشا متصل می‌شود که مخصوص پروتئینی هستند که باید جذب شود. بطور کلی گیرنده‌های در گوده‌هایی کوچک به نام گوده‌های پوشیده در سطح بیرونی غشای سلول متراگم شده‌اند. در زیر گوده‌ها و بر روی سطح درونی غشای سلول ، شبکه‌ای از یک پروتئین فیبریلی به نام کلاترین و نیز پروتئی‌های دیگر وجود دارد که احتمالا شامل فیلمانهای انقباضی اکتین و میوزین می‌باشد. هنگامی که مولکولهای پروتئینی به گیرنده‌ها متصل می‌شود خصوصیات سطح غشا چنان تغییر می‌کند که تمام گوده به درون سلول فرو می‌رود و پروتئینهای پیرامون آن (اکتین و میوزین) تدریجا به هم نزدیک می‌شوند و لبه‌های گوده به هم می‌رسند. بلافاصله پس از آن ، قسمت فرو رفته غشا از سطح سلول جدا می‌شود و یک وزیکول پینوسیتوزی در سیتوپلاسم سلول بوجود می‌آید. انرژی این عمل از مولکول ATP تامین می‌شود و ضمنا برای این عمل وجود یون کلسیم در مایع خارج سلولی ضرورت دارد. فاگوسیتوز شبیه پینوسیتوز است با این تفاوت که بجای مولکولها با ذرات بزرگ سر و کار دارد. تنها برخی سلولها معین قادر به فاگوسیتوز هستند از جمله ماکروفاژهای بافتی و برخی گلبولهای سفید خون. هنگامی که پروتئینها با پلی ساکاریدهای واقع بر سطح ذراتی همچون باکتری ، سلول مرده یا سایر بقایای بافتی به گیرنده‌های رو ی فاگوسیت متصل می‌شوند، فاگوسیتوز آغاز می‌شود. در مورد باکتریها ، معمولا باکتری قبلا به این آنتی‌بادی خاصی متصل شده است و اتصال آنتی‌بادی به گیرنده‌های فاگوسیت موجب کشیده شدن هر دوی آنها به درون فاگوسیت می‌شود. به این عمل واسطه‌ای آنتی‌بادیها اپسونیزاسیون گویند. اگزوسیتوز خروج مواد بزرگ یا مولکولهای درشت از سلول و ورود آن به مایع خارج سلولی توسط پدیده اگزوسیتوز انجام می‌گیرد. معمولا باقیمانده مواد هضم شده توسط لیزوزومها که دیگر قابل تجزیه نیستند و به جسم باقیمانده معروف هستند توسط عمل اگزوسیتوز از سلول خارج می‌شود. عمل اگزوسیتوز درست عکس عمل اندوسیتوز می‌باشد.

سهولت نسبتا زیادی را که برای نفود مواد محلول در محیط خارج به سلول وجود دارد، معمولا «تراوایی سلولی» بیان می‌کنند. اهمیت موضوع بسیار زیاد است. تراوایی سلول اعمال تغذیه و دفع ، تبادلات مواد بین سلولی و محیط خارج را شامل می‌شوند. دو لایه لیپیدی عاری از پروتئین ، اساسا نسبت به مولکول‌های بزرگ قطبی و یون‌ها ناتراوا هستند و نقل و انتقال این ترکیبات از خلال غشا در جهت یا خلاف جهت غلظت الکتروشیمیایی بوسیله پروتئین‌های غشا انجام می‌شود که نقش کانال ، پمپ یا حامل غشایی را عهده‌دار هستند. انتشار ساده در نوعی انتقال که انتشار ساده نامیده می‌شود مستقل از پروتئین‌های غشایی است، مولکول‌های هیدروفوب (آب گریز) کوچک نظیر بنزن ، اکسیژن (O2) ، نیتروژن (N2) و دی‌اکسید کربن (CO2) به آسانی از خلال دو‌لایه‌ای لیپیدی غشایی در جهت شیب غلظت عبور می‌کنند. علاوه بر این مواد مولکولهایی نظیر آب ، گلیسرول و اوره نیز آزادانه تحت تاثیر شیب غلظت از خلال دو لایه‌ای لیپیدی عبور می‌کنند. یکی از مهمترین عواملی که سرعت حرکت ماده از طریق چربی دولایه را تعیین می‌کند، قابلیت حلالیت آن ماده در چربی است. انتشار تسهیل شده انتشار تسهیل شده یا انتقال غیرفعال نوعی انتقال در جهت شیب غلظت شیمیایی یا شیب غلظت الکتروشیمیایی (در مورد یون‌ها و مولکول‌های باردار) است که بوسیله پروتئین‌های کانال یا پروتئین‌های حامل غشایی انجام می‌گیرد. کانال‌های غشایی پروتئین‌های داخلی غشایی هستند که امکان انتقال سریع مولکول‌ها و یون را از خلال غشا در جهت شیب غلظت شیمیایی یا الکتروشیمیایی فراهم می‌کنند. سرعت انتقال از خلال کانال حدودا 10^7 یون در ثانیه است. بطور کلی کانال‌های پروتئینی برای مولکول‌ها و یون‌هایی که از آنها عبور می‌کنند، انتخابی عمل می‌کنند. این خصوصیت در مورد نوعی کانال غشایی که منفذ نامیده می‌شود، وجود ندارد. کانال و منفذ غشایی از نظر میزان اختصاصی بودن برای ماده انتقالی با همدیگر فرق دارند. جریان انتقال مواد از خلال کانال غشایی بوسیله کنترل باز و بسته شدن دریچه کانال انجام می‌گیرد. از این منظر کانال‌ها را به چند گروه تقسیم می‌کنند: گروهی با تغییر ولتاژ باز و بسته می‌شوند، مثل کانال سدیم. گروهی دیگر بوسیله ترکیب شیمیایی باز و بسته می‌شوند. عده‌ای نظیر کانال یون کلرید بوسیله AMP حلقوی گشوده می‌شوند. برخی از کانالها هم حساس به فشار بوده و با تغییرات فشار باز و بسته می‌شوند. کانال سدیم کانال سدیم به تغییرات ولتاژ حساس است. ضمن باز شدن این کانال غلظت درون سلولی ^+Na بطور آنی افزایش می‌یابد که نتیجه آن دپلیمریزاسیون غشا سلول عصبی و ماهیچه‌ای است. سطح داخلی این کانال دارای بار به شدت منفی است که می‌تواند یونهای سدیم را به داخل کانال بکشد. پروتئین‌های حامل پروتئین‌های حامل مانند آنزیم‌های متصل شده به غشا و همانند پدیده اتصال آنزیم به سوبسترا عمل می‌کنند. هر پروتئین ناقل دارای یک یا چند نقطه اتصالی اختصاصی است. وقتی تمام این نقاط اشباع شد، سرعت انتقال ماکزیمم است. برخی پروتئین‌های ناقل می‌توانند همانند آنزیم توسط مهارکنندگان ، مهار شوند که به آنها مهار کننده‌های رقابتی می‌گویند و بعضی دیگر مهار کنندگان غیر رقابتی نامیده می‌شوند. پروتئین‌های ناقل مواد به سه نوع می‌توانند عمل کنند. اول اینکه پروتئین‌های ناقل ، ماده را فقط از یک جهت به جهت دیگر حمل کنند. دوم اینکه حمل و نقل ماده بستگی به ماده دیگری دارد ولی جهت هر دو در یک طرف است (انتقال همراه یا سیم پورت) مثل انتقال گلوکز و سدیم. در سومین نوع حمل و نقل ماده در یک جهت باعث انتقال ماده دیگری در جهت مخالف آن می‌شود (انتقال متقابل یا آنتی پورت) مثل پمپ سدیم_پتاسیم. انتقال فعال در این فرآیند ذرات در خلاف جهت شیب غلظت شیمیایی انتقال می‌یابند. این نوع انتقال به دو دسته انتقال فعال اولیه و انتقال فعال ثانویه که از حرکت حرکت حاملین بار در جهت شیب پتانسیل الکتروشمیایی تامین می‌شود، تقسیم بندی می‌شوند. انتقال جمعی یا گروهی در انتقال فعال جمعی یا گروهی که منبع انرژی آن را ترکیب پرانرژی فسفرانول پیرووات (PEP) تامین می‌کند، ماده منتقل‌شونده ضمن انتقال متحمل تغییرات شیمیایی می‌شود. انتقال قند گلوکز به داخل سیتوزول باکتری Ecoli و جذب آمینو اسیدها بوسیله برخی سلول‌های پستانداران تابع این مکانیزم است. در غشای باکتری Ecoli پروتئین گلوکز_فسفوترانسفراز وجود دارد که این پروتئین ناقل گلوکز می‌باشد و به ازای هیدرولیز یک مولکول فسفرانول پیرووات یک مولکول گلوکز را فسفوریله می‌کند و همزمان به سیتوزول سلول باکتری می‌کند. یونوفورها یونوفورها خانواده‌ای از آنتی‌بیوتیک‌های باکتریایی هستند که انتقال یون‌های معدنی یک‌ظرفیتی و دوظرفیتی را از خلال غشای لیپیدی زیستی و مصنوعی تسهیل می‌کنند. اینها مولکولهای هیدروفوب (آب گریز) کوچکی هستند که در دو لایه لیپیدی حل می‌شوند و غشا را به یون‌های معدنی نفوذپذیر می‌سازند. ترکیبات یونوفور به دو خانواده حامل یونی متحرک و یونوفور کانال‌ساز تقسیم می‌شوند. سخن آخر در پایان لازم است متذکر شویم که فرآیند انتقال بوسیله پروتئین‌های حامل و پمپ‌ها سینتیک اشباع پذیر دارد. بدین معنی که جایگاه اتصال در غلظت معینی بوسیله ماده انتقالی اشباع می‌شود. همچنین انتقال بوسیله حامل‌ها و پمپ‌ها بوسیله بازدارنده‌های

انتقال فعال ثانویه در غشاي سلول

انتقال فعال ثانویه در غشاي سلول

یکی از ویژگی هاي مهم انتقال فعال، حرکت مواد در جهت خلاف شیب غلظت است. مثلاً حرکت سدیم از داخل به خارج از سلول در خلاف

.(Na-K pump) جهت غلظت 10 برابري خود یا حرکت پتاسیم در خلاف جهت شیب غلظت 30 برابري به وسیله پمپ سدیم-پتاسیم

یکی از نقشهاي پمپ سدیم-پتاسیم این است که زمینه را براي انتقال یک سري مواد ایجاد می کند. در حقیقت این پروتئین در انتقال

فعال ثانویه نقش دارد. در این نوع انتقال فعال، از گرادیان(شیب) غلظت یک ماده استفاده شده و ماده دیگري در خلاف جهت شیب غلظت

آن منتقل می گردد.

در انتقال فعال ثانویه در بدن ما، در خیلی از موارد از گرادیان غلظت سدیم استفاده می شود؛ یعنی در غشا پروتئینی وجود دارد که سدیم را

.(cotransport در جهت شیب غلظت منتقل کرده و همراه با آن ماده دیگري را در خلاف جهت شیب غلظت منتقل می کند(هم انتقالی یا

مثلاً هم انتقالی سدیم با گلوکز.

Na-Glu Transporter (SGulT) ، پروتئین انجا مدهنده این هم انتقالی دو جایگاه براي اتصال هر دو ماده سدیم و گلوکز دارد؛ به این پروتئین

سلول هاي اپ یتلیال روده و همچنین در سلول هاي توبول کلیه وجود دارد. ورود گلوکز به Brush Border گفته می شود که در لبه رأسی یا

سلول اپی تلیال روده براي جذب و به سلول توبول کلیه براي بازجذب، به صورت هم انتقالی با یون سدیم صورت می گیرد.

ها SGluT . خارج می شود Glucotransporter (GluT) سلول توبول کلیه به کمک Basolateral گلوکز به وسیله انتشار تسهیل شده از سطح

.II و نوع I هستند که 12 بار از غشا عبور می کنند و دو نوع از آن ها شناسایی شده: نوع Integral پروتئینهایی

فقط در کلیه وجود دارد. II هم در کلیه و هم در روده وجود دارد اما نوع I نوع

هایی وجود دارد که مانع برگشت گلوکز جذب شده یا پتاسیم می گردد. Tight Junction ، سلول توبول کلیه basolateral در غشاي

براي انتقال II براي انتقال یک مولکول گلوکز به دو یون سدیم نیاز دارد، در صورتی که نوع I تفاوتهایی دارند. مثلاً نوع II و I نوع SGluT

یک مولکول گلوکز به یک یون سدیم نیاز دارد. تفاوت بعدي این دو به مکان استقرارشان مربوط است که در قسمتهاي ابتداییتر توبول

وجود دارد. I و در قسمتهاي انتهاییتر نوع II پروگزیمال کلیه نوع

تمام گلوکز در توبول پروگزیمال کلیه بازجذب می شود و در شرایط عادي گلوکز در ادرار وجود ندارد مگر اینکه فرد به بیماري دیابت دچار

اشباع شده و در نتیجه آن مقداري گلوکز وارد ادرار می شود. transporter شده باشد. در این شرایط پروتئین

ها ، عملکرد پمپ سدیم-پتاسیم بسیار مهم است چون زمینه را براي پایینتر بودن غلظت یون سدیم در داخل سلول SGluT براي عمل

به تعداد زیادي وجود دارد و سدیم را مرتباً از سلول خارج می کند؛ بنابراین غلظت سدیم Basolateral فراهم می آورد. این پمپ در غشاي

در داخل کم می شود و تمایل آن براي خروج از سلول افزایش م ییابد.

داراي 2 جایگاه carrier مثال دیگري که از همانتقالی می توان نام برد، همانتقالی سدیم و اسیدهاي آمینه است. در این هم انتقالی پروتئینِ

براي اتصال سدیم و اسیدهاي آمینه است.

دیگري به نام سدیم-پتاسیم- 2کلر وجود دارد که یک یون سدیم، یک یون پتاسیم و دو یون کلر را به صورت همزمان منتقل carrier

سدیم را carrier می کند. این پروتئین در قطعه ضخیم بالاروي لوله هنله وجود دارد و در تغلیظ ادرار اهمیت دارد. این

جزوه فیزیولوژي 1 ، فیزیولوژي سلول دکتر حسینی جلسه 4 ، صفحه 18

در جهت شیب غلظت وارد سلول اپیتلیال توبول کلیه میکند و به همراه آن پتاسیم در خلاف جهت شیب غلظت داخل می شود. به دنبال

بازجذب سدیم، آب نیز بازجذب شده و ادرار تغلیظ می شود.

دارویی به نام فورزماید(لازیکس یا دیورتیک قوس هنله) وجود دارد که پروتئین سدیم-پتاسیم- 2کلر را مهار می کند و بنابراین ادرار فرد

در بعضی از سلول ها براي تنظیم حجم سلول نیز کاربرد دارد. اگر حجم سلول کم شود، سدیم توسط این carrier افزایش می یابد. این

وارد شده، سپس پتاسیم و کلر و به دنبال آن ها آب نیز وارد سلول م یگردد و حجم سلول تنظیم می شود. carrier

مثال دیگر براي همانتقالی، بازجذب میانجیهاي عصبی است.

فرضاً استیل کولین از انتهاي آکسونی یک نورون آزاد می شود و پس از اثر بر روي گیرندههاي خود تجزیه می گردد. محصول تجزیه آن،

کولین است که به صورت همانتقالی با یون سدیم به داخل پایانه عصبی بازجذب می شود(از نیروي حاصل از گرادیان غلظت سدیم استفاده

شده و کولین وارد سلول می شود). همچنین میانجی هاي دیگري که از انتهاي اعصاب آزاد میشوند مثل سروتونین، نوراپینفرین و دوپامین

بازجذب می شوند. Na که روي گیرندههاي خود اثر کرده و سپس به شکل همانتقالی با یون

هاي این همانتقالیها را مهار کند، مانع بازجذب میانجی عصبی خواهد شد؛ بنابراین میانجی در شکاف carrier اگر عاملی

و در مجاورت گیرنده به مدت طولانی تري باقی مانده و اثر خود را بر روي گیرند هاش طولانی تر می کند؛ به طور (Synaptic cleft) سیناپسی

مثال، عملکرد داروهاي ضد افسردگی به همین ترتیب است.

نوع دیگري از انتقال ثانویه ؛ counter transport مبادله

در این نوع انتقال، مولکولی در جهت شیب غلظت انتقال یافته و مولکول دیگري را در خلاف جهت شیب غلظت و خلاف جهت انتقال

خودش حرکت میدهد.

وجود دارد که سدیم را در جهت شیب غلظت وارد کرده و کلسیم را در خلاف جهت carrier مثلاً در غشاي سلول عضله قلبی، پروتئینی

.(Na-Ca counter transport) شیب غلظت خارج می کند

در سلول عضله اسکلتی، یون کلسیم از رتیکولوم سارکوپلاسمیک وارد سیتوپلاسم شده و باعث عمل انقباض ماهیچه می گردد؛ سپس جمع

آوري کلسیم به روش انتقال فعال اولیه و به وسیله پمپ کلسیم انجام م یشود.

در سلول عضله قلبی، بخشی از کلسیم مورد نیاز براي انقباض از رتیکولوم سارکوپلاسمیک تأمین می شود. پس از انقباض، یون کلسیم به

روش انتقال فعال اولیه و به وسیله پمپ کلسیم جمعآوري شده و وارد رتیکولوم سارکوپلاسمیک می شود (مثل سلول عضله اسکلتی).

ولی بخشی از کلسیم مورد نیاز براي انقباض از خارج سلول تأمین می شود که جمعآوري این بخش از کلسیم به شکل انتقال فعال ثانویه و

مبادله با یون سدیم انجام می شود. به این صورت که یون کلسیم خارج شده و یون سدیم وارد می شود. نهایتاً تمام کلسیم جمعآوري شده و

انقباض متوقف می گردد.

در نارسایی قلبی (براي مثال براي عضل هاي قلبی که دچار ایسکمی شده) ، در عمل انقباض اختلال وجود دارد؛ بنابراین خروج خون مختل

شده و در نتیجه آن برگشت خون از عروق محیطی نیز خوب انجام نشده و ادم ایجاد می شود.

1) ادم محیطی؛ مثلاً در پاها 2) ادم در ریه؛ که باعث تنگی نفس می شود.

است اما در عین حال قدرت انقباضی قلب را زیاد می کند. عملکردش به این Na-K وجود دارد که مهارکننده پمپ Digoxin دارویی به نام

سدیم-کلسیم تأثیر می گذارد و خروج کلسیم از سلول هاي قلب را کم می کند. carrier صورت است که به طور غیرمستقیم روي

مهار شد، گرادیان غلظت سدیم کم می شود؛ یعنی اختلاف غلظت سدیم در دو طرف غشا کاهش یافته و تمایل به Na-K pump وقتی که

ورود به داخل سلول براي یون سدیم کم می شود. بنابراین توانایی یون سدیم براي خارج کردن یون کلسیم کاهش می یابد. این باعث

داخل سلول عضله قلبی زیاد شود که به موجب آن نیروي انقباضی قلب افزایش می یابد. Ca می شود که غلظت یون

مثالی دیگر براي مبادله، ورود میانجیهاي عصبی به درون وزیکولها در پایانه عصبی است.

در پایانه عصبی، میانجی هاي عصبی ساخته شده در سیتوپلاسم باید وارد وزیکول شوند. به این صورت که در غشاي وزیکول انتقالی، پمپ

پروتون وجود دارد که غلظت یون هیدروژن را در داخل وزیکول زیاد می کند(یعنی این پمپ اختلاف غلظت یون هیدروژن را در دو طرف

دیگر، یون هیدروژن را در جهت شیب غلظت از وزیکول خارج carrier غشاي وزیکول تأمین می کند). سپس یک پروتئین

مبادله می شود). exchanger کرده و میانجی عصبی را وارد وزیکول می کند(هیدروژن با میانجی به وسیله یک پروتئین

جزوه فیزیولوژي 1 ، فیزیولوژي سلول دکتر حسینی جلسه 4 ، صفحه 19

CO یون کلر را با یون بیکربنات مبادله می کند. 2 exchanger در سیستم تنفسی، پروتئینی به نام مبادلهگر کلر-بیکربنات وجود دارد. این

از غشاي گلبول قرمز CO تبدیل شدن آن به یون بیکربنات است. 2 ، CO تولید شده در بافت ها باید در ریه دفع شود. یکی از را ههاي دفع 2

عبور می کند و در حضور آنزیم آنیدراز کربنیک به یون بیکربنات تبدیل می شود. سپس یون بیکربنات به وسیله پروتئین مبادلهگر که به

آن پروتئین باند 3 نیز گفته می شود، از گلبول قرمز خارج شده و وارد فضاي خارج سلولی یا پلاسما می شود و در عوض یون کلر وارد گلبول

قرمز می شود؛ سپس گلبول قرمز به سمت ریه آمده و در ریه عکس این قضیه اتفاق میافتد.

(Vesicular Transport) انتقال وزیکولی

انتقال وزیکولی یا انتقال ماکرومولکو لها:

اگزوسیتوز و آندوسیتوز نمونههایی از انتقال وزیکولی هستند. اگزوسیتوز به معنی خارج شدن ماکرومولکول ها از سلول و آندوسیتوز به معنی

وارد شدن ماکرومولکول ها به داخل سلول میباشد.

براي انتقال آندوسیتوز، دو قسمت در نظر میگیرند :

فاگوسیتوز (ذره خواري)

(cell drinking پینوسیتوز (قطره خواري یا

در آندوسیتوز، ذره اي که قرار است وارد سلول شود به غشاي سلول می چسبد و سپس فرورفتگی غشا به سمت داخل اتفاق میافتد و در

نهایت قسمتی از غشاي سلول به همراه ذره، کنده شده و وارد سیتوپلاسم می شود. مثلاً خورده شدن باکتريها یا ذرات سلولی به وسیله

گلبول هاي سفید.

وجود دارد که در این نوع نیز فرورفتگی غشا اما در (receptor mediated) نمونه دیگري از آندوسیتوز به نام آندوسیتوز وابسته به رسپتور

قسمت خاصی از آن اتفاق میافتد. در ابتدا یک ماکرومولکول به گیرنده خاص خود در غشا متصل می شود. این گیرندهها در محلهاي

خاصی از غشا متمرکز شدهاند. این قسمت از غشا از سمت سیتوپلاسمی خود به وسیله یک شبکه کلاترینی احاطه شده و در مجموع به

گفته می شود(یک فرورفتگی که پوشش کلاترینی دارد). بعد از اتصال این مولکول خاص به clathrin coated pit ، این قسمت از غشا

گیرنده، فرورفتگی غشا به سمت داخل اتفاق میافتد.

اشاره کرد. در بعضی از افراد ممکن است به صورت LDL به داخل سلول ها با استفاده از گیرندههاي LDL براي مثال می توان به وارد شدن

وراثتی این گیرندهها دچار اختلال باشند که در این افراد خطر آترواسکلروز بیشتر است. ورود آهن به همراه ترانسفرین به داخل سلول ها

نمونه دیگري از این نوع آندوسیتوز است.

از یک لایه سلول اپیتلیال، به دو روش ممکن مواد منتقل می شوند:

در این روش مواد از بین دو سلول اپیتلیال عبور میکنند. : paracellular -1

خارج میشوند. یعنی در Basolateral وارد شده و از غشاي (Brush border) مواد از غشاي رأسی سلول : transcellular -2

غشاي قاعدهاي-جانبی، انتقال فعال انجام شده و در غشاي رأسی انتشار انجام می شود.

انتشار (Brush border & Basolateral) به طور کلی میتوان گفت که در انتقال ترانس سلولار از سلول هاي اپیتلیال در یکی از غشاها

(ساده یا تسهیل شده) و در دیگري انتقال فعال (اولیه یا ثانویه) انجام می شود.

جزوه فیزیولوژي 1 ، فیزیولوژي سلول دکتر حسینی جلسه 4 ، صفحه 20

کانال هاي یونی

ایجاد کانال است که یک سري از این کانالها وظیفه انتقال یون ها را به عهده integral گفته شد که یکی از نقش هاي مهم پروتئین هاي

دارند(کانال هاي یونی).

کانال هاي یونی را به دو نوع تقسیم میکنند:

یا غیرفعال) است. این نوع کانال دریچه ندارد و همیشه باز است و اگر passive) 1) یک نوع از این کانال هاي یونی، کانال نشتی

اختلاف غلظت وجود داشته باشد میتواند یو نها را عبور دهد.

این نوع کانال ها ممکن است باز یا بسته .(gated channel) 2) اما به نوع دوم کانال هاي یونی، کانال هاي دریچه دار گفته می شود

باشند و نحوه باز شدن آن ها متفاوت است. این کانالها (کانالهاي یونی دریچهدار) براساس نحوه بازشدن به سه دسته شیمیایی،

ولتاژي و مکانیکی تقسیم میشوند.

1-2 ) در کانال دریچهدار شیمیایی، عامل بازشدن یک ماده شیمیایی است یعنی پروتئین، محلی براي اتصال یک ماده شیمیایی

خاص دارد که در صورت اتصال این ماده به جایگاه خود، کانال پروتئینی باز می شود.

2-2 ) در کانال دریچهدار ولتاژي، عامل بازشدن تغییر ولتاژ است.

3-2 ) در کانال دریچهدار مکانیکی عامل بازشدن تغییر شکل است(عامل فیزیکی). گیرنده لمس از این نوع کانال دارد؛ یعنی

را وارد کند. Na لمس باعث باز شدن یک کانال در غشاي سلول می شود که این کانال میتواند یون

|

مثال هایی از کانال دریچهدار شیمیایی:

-1 پروتئینی وجود دارد به نام گیرنده نیکوتینی استیل کولین که به عنوان یک کانال یونی آن را می شناسیم. این کانال با اتصال استیل

کولین باز شده و سدیم را عبور می دهد.

به کانال اتصال یافته و آن را باز cyclic-GMP که این cyclic-GMP -2 پروتئینی در فتورسپتورها وجود دارد به نام کانال سدیمی وابسته به

می کند.

گاهی اوقات تغییر ولتاژ کانال را باز می کند(کانال یونی دریچهدار وابسته به ولتاژ). مثلاً در سلول قلبی، کانال یونی دریچهدار کلسیمی وجود

را وارد می کند و باعث ایجاد انقباض می شود. Ca دارد. تغییر ولتاژ، کانال یونی را باز کرده و یون

این کانالها (کانالهاي دریچهدار وابسته به ولتاژ) در دو طرف غشاي داراي رسپتور هستند که در ولتاژ خاصی باز شده و یون یا یونهاي

خاصی را عبور میدهند. مثلاً مثبت شدن پتانسیل غشاي سلول عصبی باعث باز شدن کانال سدیمی می شود.

(Resting Membrane Potential) پتانسیل استراحت غشا

پتانسیل استراحت غشا، اختلاف پتانسیلی است که در دو طرف غشا وجود دارد وقتی که هیچ تحریکی به سلول وارد نشده باشد(در حالت

استراحت، داخل غشا مثب تتر و خارج آن منفیتر است. البته به این شکل نیست که داخل سلول کلا منفیتر از خارج باشد. یک لایه بار

منفی در سمت داخلی غشا و یک لایه بار مثبت در سمت خارجی غشا چیده شده اما در بقیه قسم تهاي سیتوپلاسم به ازاي هر بار منفی

یک بار مثبت وجود دارد).

در حالت پتانسیل استراحت، اصطلاحاً گفته می شود که غشاي سلول پلاریزه است.

دپلاریزاسیون : کم شدن اختلاف بار در دو طرف غشا

ریپلاریزاسیون : برقرار شدن مجدد اختلاف شارژ حالت استراحت در دو طرف غشا

جزوه فیزیولوژي 1 ، فیزیولوژي سلول دکتر حسینی جلسه 4 ، صفحه 21

اگر عاملی اختلاف شارژ را در دو طرف غشا در حالت استراحت بیشتر کند، در اصطلاح گفته می شود هایپرپلاریزاسیون ایجاد شده است.

در سلول هاي مختلف اختلاف بار در دو طرف غشا یکسان نیست. مقدار پتانسیل استراحت در سلول هاي مختلف به اختلاف غلظت یو نها

در اطراف غشا و نفوذپذیري غشا بستگی دارد.

نحوه ایجاد پتانسیل استراحت در دو طرف غشا

را عبور دهد و در ابتدا هیچ اختلاف باري در دو طرف غشا وجود نداشته باشد، هیچ گرادیان (K+) اگر غشاي سلولی فقط یون پتاسیم

الکتریکی اي در دو طرف غشا وجود نخواهد داشت. اما بر اساس گرادیان غلظت از آنجایی که غلظت یون پتاسیم در داخل سلول بالاتر

است، یون پتاسیم از سلول خارج شده و در داخل غشا بار منفی ایجاد می کند؛ یعنی گرادیان غلظت به تدریج کاهش یافته و گرادیان

-94 نقطه تعادل ایجاد می شود( به 94 - پتانسیل تعادل mV الکتریکی افزایش می یابد. در نهایت براي یون پتاسیم در اختلاف پتانسیل

گفته می شود).

در خارج سلول بالاتر است، براساس گرادیان غلظت، یون (Na+) اگر غشاي سلولی فقط یون سدیم را عبور دهد، از آنجایی که غلظت سدیم

+61 شود. در این اختلاف پتانسیل براي یون mV سدیم وارد شده و پتانسیل داخل غشا را مثبت می کند تا زمانی که اختلاف پتانسیل

سدیم نقطه تعادل ایجاد می شود.

+61 mV : -94 پتانسیل نقطه تعادل براي یون سدیم mV : پتانسیل نقطه تعادل براي یون پتاسیم

این اعداد از فرمولی به نام فرمول نرنست به دست می آید:

غلظت یک یون خاص در داخل غشا

-61 = پتانسیل تعادل براي یک یون خاص log [[􀀂􀀂]]􀀅􀀄

غلظت یک یون خاص در خارج غشا

140 mEq/L : 4 غلظت یون پتاسیم در داخل سلول mEq/L : غلظت یون پتاسیم در خارج سلول

14 mEq/L : 142 غلظت یون سدیم در داخل سلول mEq/L : غلظت یون سدیم در خارج سلول

K+ -61 = پتانسیل تعادل غشا براي یون log 140

4 = -94.188

Na+ -61 = پتانسیل تعادل غشا براي یون log 14

142 = +61.375

بنابراین ؛

-94 می شود و اگر سلولی باشد که غشاي آن mV اگر سلولی باشد که غشاي آن فقط به یون پتاسیم اجازه عبور بدهد، پتانسیل استراحت

+61 می شود. mV فقط به یون سدیم اجازه عبور دهد، پتانسیل استراحت

اما در سلول هاي تحریکپذیر بدن ما نفوذپذیري غشا نسبت به یون پتاسیم حدود صد برابر یون سدیم است؛ بنابراین پتانسیل استراحت

-86 می شود و این در صورتی است که mV غشا باید نزدیک پتانسیل استراحت یون پتاسیم باشد. در چنین شرایطی پتانسیل استراحت

پتانسیل استراحت فقط به پتانسیل تعادل یو نهاي پتاسیم و سدیم بستگی داشته باشد اما در ایجاد پتانسیل استراحت عامل دیگري نیز

نقش دارد و آن پمپ سدیم-پتاسیم است.

این پمپ یک پمپ الکتروژنیک است. 3 یون سدیم را خارج و 2 یون پتاسیم را وارد کرده و یک بار منفی در داخل ایجاد می کند و باعث

-90 باشد. پس سه عامل به صورت همزمان در ایجاد پتانسیل استراحت نقش دارند: mV ، -86 mV می شود که پتانسیل استراحت به جاي

-1 نفوذپذیري زیاد غشا نسبت به یون پتاسیم

-2 نشر سدیم به داخل سلول

-3 پمپ سدیم-پتاسیم

البته پمپ سدیم -پتاسیم نقش مه متري نیز در ایجاد پتانسیل استراحت دارد و آن نقش، ایجاد اختلاف غلظت براي یو نهاي سدیم و

پتاسیم است و این امر، گرادیان غلظت را حفظ می کند. این نقش بسیار مهم و غیرمستقیم این پمپ در ایجاد پتانسیل

استراحت است.

جزوه فیزیولوژي 1 ، فیزیولوژي سلول دکتر حسینی جلسه 4 ، صفحه 22

اگر اختلاف غلظت پتاسیم در دو طرف غشا تغییر کند، تغییرات پتانسیل استراحت در مقایسه با حالتی که اختلاف غلظت یون سدیم تغییر

کند، خیلی بیشتر خواهد بود.

اگر پتاسیم خارج سلولی اضافه شود، پتانسیل استراحت مثبتتر شده و اگر پتاسیم داخل سلولی اضافه شود، پتانسیل استراحت منفیتر

می شود.

:

انتقال اولیه

ازمهمترین موادی که به روش انتقال اولیه منتقل می شوند می توان سدیم، پتاسیم، کلسیم، هیدروژن، کلر و چند یون دیگر را نام برد. البته غشا تمامی سلولها قادر به انتقال تمامی این مواد نیستند. همچنین علاوه برپمپ های واقع بر غشا سطح سلول برخی پمپ ها نیز در غشا داخل سلول مانند غشا سارکوپلاسمی عضله یا یکی از دو غشا میتوکندری عمل می کنند. ساز و کاراصلی عمل تمامی آنها یکسان است. در زیر توضیح مختصری از انتقال فعال اولیه که توسط پمپ های مختلف انجام می گیرد آمده است:
پمپ سدیم- پتاسیم
این پمپ یونهای سدیم را به خا رج از غشا و یونهای پتاسیم را به داخل غشا پمپ می کند. این پمپ که در تمامی سلولها ی بدن وجود دارد مسئول حفظ اختلاف غلظت سدیمی و پتاسیمی در دو طرف غشا سلول است. و در ضمن پتانسیل منفی درون سلولی را برقرار می کند. با هرانتقال سه یون سدیم به درون پروتئین های حامل اتصال می یابد و با فعال شدن ATPase که در نزدیکی محل اتصال سدیم قرار دارد سه مولکول سدیم خا رج و دو مولکول پتاسیم وارد سلول می گردد. یکی از اعمال اصلی این پمپ کنترل حجم سلول می باشد.

عکس از: biochem.arizona.edu

پمپ کلسیم
غلظت یون کلسیم تقریباً در سیتوزول تمامی سلولها ی بدن حدود کمتر ازیک در هزارم غلظت آن در مایع خا رج سلول می باشد. دو پمپ کلسیم که به روش انتقال فعال اولیه عمل می کنند عمدتاً مسئول حفظ این غلظت کم کلسیم می باشد. یکی از این دو پمپ در غشا سلول واقع است و کلسیم را به خا رج از غشا سلول پمپ می کند، پمپ دیگریون کلسیم را به درون یک یا چند ویزیکول داخل سلولی مانند شبکه سارکوپلاسمی سلولها ی عضلانی و میتوکندریایی تمامی سلولها پمپ می کند.
یون هیدروژن
دو نقطه از بدن دارای سیستمهای مهم انتقال فعال اولیه یون هیدروژن می باشد. ۱) غدد معده ۲) انتهای دیستال و نیزمجاری جمع کننده قشری در کلیه.
ادامه…
منبع: فیزیولوژی پزشکی گایتون و هال، ترجمه محمد رضا بیگدلی و همکاران، ویراستار: دکتر سعید شهراز، زیر نظر پرفسوراحمد رستمی.

آندوسیتوز

آدنوزین تری فسفات (ATP)

 
فقدان اکسیژن یکی از خواص مهم جو اولیه به شمار می آید. چنانچه در آن آمیزش برق آسای عناصر اکیسژنی وجود می داشت، مولکولهای ناپایدار حاصل ، به سادگی بر اثر احتراق نابود می شدند. اگر حیات بدون استعانت از اکسیژن حادث شده باشد، باید تخمیر آن را تامین کرد و باشد، که لولی پاستور ، شیمیدان فرانسوی نیز آن را حیات بدون آزمایش‌های مربوط به هوا توصیف کرد. عمل تخمیر بر اثر شکستن مولکولهای آلی (ترکیبات حاوی کربن) انرژی لازم را در اختیار یاخته قرار می دهد، فسفاتهای پر انرژی از قبیل آدنوزین تری فسفات را رها می کند.


برخی از اشکال تخمیر ، مانند تخمیر های مواد الکل ، به عنوان فرآورده فرعی ، دی اکسید کربن تولید می کنند. رها شدن این گاز در جو به وسیله اشکال بی هوازی حیات ، که به اکسیژن نیاز دارند، در تکامل فرایند های سوخت و ساز بعدی ، از جمله عمل تنفس سهیم اند.

آدنوزین تری فسفات در مرحله دوم سوخت و ساز

بعد از عمل تخمیر ، پیشرفت بعدی سوخت و ساز عبارت بود از چرخه مونوفسفات ششگانه (HMP). این عمل اساسا فرایندی بی هوازی است که به کمک انرژی حاصل از آدنوزین تری فسفات ، هیدروژن را از قند آزاد می کند. دی اکسید کربن نیز به عنوان فراورده فرعی به دست می آید. نیمی هیدروژن مربوط به چرخه HMP از آب به دست می آید. این چرخه معرف مرحله‌ای نسبتا پیشرفته (طی میلیونها سال) است، زیرا ، از دشوارترین راه به هیدروژن می رسد، نمایشگر دو روای است که عملا تمامی هیدروژن آزاد از سیاره ها فرار کرده است.

منبع خورشیدی آدنوزین تری فسفات

سومین مرحله در این جریان تکاملی (سوخت و ساز) ، احتمالا تغییر ماده آلی به فسفات آلی به کمک نور (فرایندی که طی آن گیاهان سبز انرژی نورانی را به انرژی شیمیایی تبدیل می کنند) ، یعنی استفاده مستقیم در تولید ATP است. انجام این عمل مستلزم وجود ماده رنگی کلروفیل (پوروفیرین منیزیم) برای جذب نور ، حضور مواد رنگین یاخته (پروتئینهای آهن دار) برای تبدیل انرژی خارجی ، یعنی نور خورشید ، به انرژی ذخیره ای موسوم به (ATP) است.

جذب انرژی خورشیدی

همه موجودات زنده انرژی خود را از نور خورشید کسب می کنند، اما فقط گیاهان سبز می توانند نور خورشید را مستقیما به کار گیرند و با کمک مواد اولیه ساده ای،مانند دی اکسید کربن ، آب و آمونیاک ترکیبات یاخته ای بوجود آورند. این فرایند نور ساخت نامیده می شود. قسمت اعظم موجودات دیگر باید محصولات حاصل ار نور ساخت را به صورت غذا مورد استفاده قرار دهند، یعنی گیاهان استفاده کنند، یا موجوداتی را بخورند که خود با گیاهان تغذیه می شوند.

دلایل واکنشهای شیمیایی ترکیبات غذایی

واکنش های شیمیایی مربوط به ترکیبات غذایی ، شامل پروتئینها ، قندها ، چربیها ، به دو منظور صورت می گیرد، یعنی اینکه مواد پیچیده را به ترکیبات ساده تر تبدیل می کند و ضمن این عمل انرژی مورد نیاز برای انجام فعالیتهای موجودات زنده را فراهم می آورند. موجودات زنده نیز با جذب یا ذخیره انرژی ، مواد پیچیده تری تولید می کنند. فرایند اضمحلال مواد را کاتابولیسم و فرایند ساخت آنها را آنابولیسم می گویند. مجموعه این دو فرایند را متابولیسم می گویند.

نقش موجودات زنده در فرایند تولید انرژی

موجودات زنده نه می توانند انرژی را مصرف کنند نه می توانند آن را به وجود آورند، فقط قادرند انرژی را از حالتی به حالت دیگر تبدیل کنند. انرژی قابل استفاده ، به صورت گرما به طبیعت باز گرداننده می شود. آزمایش‌های مربوط به گرما نمی تواند در سیستم های زیستی (هیدروژیکی) کار انرژی را انجام دهد، زیرا همه قسمتهای یاخته اساسا دما و فشار یکنواختی دارند.

نقش آدنوزین تری فسفات در تبدیل انرژی

آدنوزین فسفات که ترکیب شیمیایی خواصی است، در تمام موجودات زنده برای تبدیل انرژی به کار می رود. این ترکیب ، تنها در حالت قابل انرژی در یاخته است. هر یاخته ای را از هر نوع که باشد، می‌توان همچون یک لامپ برق دانست. انرژی لازم برای روشن کردن این لامپ می تواند از نفت یا زغال سنگ ، یا هسته اتم ، یا آبشار تامین شود، اما این انرژی چه به حالت گرمایی ، هسته‌ای یا جنبشی باشد، ناگزیر باید به انرژی الکتریکی تبدیل شود.

به همین صورت ، آدنوزین تری فسفات نیز شبکه تامین انرژی شیمیایی تشکیل می دهد و با اتنقال انرژیش به مولکولهای دیگر ، گروه انتهایی فسفات خود ( Psub>1 ) را از دست داده و به آدنوزین دی فسفات ( ADP ) تبدیل شده است؛یا اینکه با از دست دادن دو گروه فسفات ( PP₁ ) ، به آدنوزین مونو فسفات ( AMP ) تغییر می یابد، که این فراورده ها نیز مجدا می توانند با کسب فسفات به ( ATP ) تبدیل شوند.

 

سهولت نسبتا زیادی که برای نفود مواد محلول در محیط خارج به سلول وجود دارد، معمولا با تراوایی سلولی بیان می‌کنند. اهمیت موضوع بسیار زیاد است. تراوایی سلول اعمال تغذیه و دفع ، تبادلات مواد بین سلولی و محیط خارج را شامل می‌شوند. دو لایه لیپیدی عاری از پروتئین ، اساسا نسبت به مولکولهای بزرگ قطبی و یونها ناتراوا هستند و نقل و انتقال این ترکیبات از خلال غشا در جهت یا خلاف جهت شیب الکتروشیمیایی بوسیله پروتئینهای غشا انجام می‌شود که نقش کانال ، پمپ یا حامل غشایی را عهده‌دار هستند.

انتقال از خلال غشا غیر فعال یا فعال است. انتقال غیر فعال نوعی انتشار است که طی آن یک یون یا مولکول در جهت شیب الکتروشیمیایی و یا غلظتش حرکت می‌کند. در این نوع انتقال انرژی مصرف نمی‌شود. این نوع انتقال به دو صورت انتشار ساده و انتشار تسهیل شده صورت می‌گیرد. در انتقال فعال از انرژی جهت انتقال یون یا مولکول در جهت عکس شیب الکتروشیمیایی آن استفاده می‌شود. شیب یونی در انجام بسیاری از فرایندهای زیست شناختی اهمیت دارد. مثلا تمرکز شیبهای ترانس ممبران یونهای سدیم و پتاسیم برای هدایت تحریکهای الکتریکی در اکسون یک سلول عصبی ضروری است.

انتشار ساده

در نوعی انتقال که انتشار ساده نامیده می‌شود مستقل از پروتئینهای غشایی است. مولکول‌های هیدروفوب (آب گریز) کوچک نظیر بنزن ، اکسیژن (O₂) ، نیتروژن (N₂) و دی‌اکسید کربن (CO₂) به آسانی از خلال دو‌لایه‌ای لیپیدی غشایی در جهت شیب غلظت عبور می‌کنند. علاوه بر این مواد مولکولهایی نظیر آب ، گلیسرول و اوره نیز آزادانه تحت تاثیر شیب غلظت از خلال دو لایه‌ای لیپیدی عبور می‌کنند. یکی از مهمترین عواملی که سرعت حرکت ماده از طریق چربی دولایه را تعیین می‌کند، قابلیت حلالیت آن ماده در چربی است.

انتشار تسهیل شده

انتشار تسهیل شده یا انتقال غیرفعال نوعی انتقال در جهت شیب غلظت شیمیایی یا شیب غلظت الکتروشیمیایی (در مورد یونها و مولکولهای باردار) است که بوسیله پروتئینهای کانال یا پروتئینهای حامل غشایی انجام می‌گیرد. کانالهای غشایی پروتئینهای داخلی غشایی هستند که امکان انتقال سریع مولکولها و یون را از خلال غشا در جهت شیب غلظت شیمیایی یا الکتروشیمیایی فراهم می‌کنند. سرعت انتقال از خلال کانال حدودا 10⁷ یون در ثانیه است.

بطور کلی کانالهای پروتئینی برای مولکولها و یونهایی که از آنها عبور می‌کنند، انتخابی عمل می‌کنند. این خصوصیت در مورد نوعی کانال غشایی که منفذ نامیده می‌شود، وجود ندارد. کانال و منفذ غشایی از نظر میزان اختصاصی بودن برای ماده انتقالی با همدیگر فرق دارند. جریان انتقال مواد از خلال کانال غشایی بوسیله کنترل باز و بسته شدن دریچه کانال انجام می‌گیرد. از این منظر کانالها را به چند گروه تقسیم می‌کنند.

• کانال سدیم: این کانال به تغییرات ولتاژ حساس است.
  
  
• گروهی دیگر بوسیله ترکیب شیمیایی باز و بسته می‌شوند.
  
  
• عده‌ای نظیر کانال یون کلرید بوسیله AMP حلقوی گشوده می‌شوند.
  
  
• برخی از کانالها هم حساس به فشار بوده و با تغییرات فشار باز و بسته می‌شوند.

پروتئینهای حامل

پروتئینهای حامل مانند آنزیمهای متصل شده به غشا و همانند پدیده اتصال آنزیم به سوبسترا عمل می‌کنند. هر پروتئین ناقل دارای یک یا چند نقطه اتصالی اختصاصی است. وقتی تمام این نقاط اشباع شد، سرعت انتقال ماکزیمم است. برخی پروتئینهای ناقل می‌توانند همانند آنزیم توسط مهارکنندگان ، مهار شوند که به آنها مهار کننده‌های رقابتی می‌گویند و بعضی دیگر مهار کنندگان غیر رقابتی نامیده می‌شوند. پروتئینهای ناقل مواد به سه نوع می‌توانند عمل کنند.

اول اینکه پروتئینهای ناقل ، ماده را فقط از یک جهت به جهت دیگر حمل کنند. دوم اینکه حمل و نقل ماده بستگی به ماده دیگری دارد ولی جهت هر دو در یک طرف است (انتقال سیمپورت) مثل انتقال گلوکز و سدیم. در سومین نوع حمل و نقل ماده در یک جهت باعث انتقال ماده دیگری در جهت مخالف آن می‌شود (انتقال متقابل) یا آنتی پورت) مثل پمپ سدیم _ پتاسیم.

انتقال فعال

در این فرآیند ذرات در خلاف جهت شیب غلظت شیمیایی انتقال می‌یابند. این نوع انتقال به دو دسته انتقال فعال اولیه و انتقال فعال ثانویه که از حرکت حرکت حاملین بار در جهت شیب پتانسیل الکتروشمیایی تامین می‌شود، تقسیم بندی می‌شوند.

انتقال جمعی یا گروهی

در انتقال فعال جمعی یا گروهی که منبع انرژی آن را ترکیب پرانرژی فسفو انول پیرووات (PEP) تامین می‌کند، ماده منتقل‌شونده ضمن انتقال متحمل تغییرات شیمیایی می‌شود. انتقال قند گلوکز به داخل سیتوزول باکتری Ecoli و جذب آمینو اسیدها بوسیله برخی سلولهای پستانداران تابع این مکانیزم است. در غشای باکتری Ecoli پروتئین گلوکز _ فسفو ترانسفراز وجود دارد که این پروتئین ناقل گلوکز می‌باشد و به ازای هیدرولیز یک مولکول فسفرانول پیرووات یک مولکول گلوکز را فسفوریله می‌کند و همزمان به سیتوزول سلول باکتری می‌کند.

یونوفورها

یونوفورها خانواده‌ای از آنتی‌بیوتیکهای باکتریایی هستند که انتقال یونهای معدنی یک‌ظرفیتی و دوظرفیتی را از خلال غشای لیپیدی زیستی و مصنوعی تسهیل می‌کنند. اینها مولکولهای هیدروفوب (آب گریز) کوچکی هستند که در دو لایه لیپیدی حل می‌شوند و غشا را به یونهای معدنی نفوذپذیر می‌سازند. ترکیبات یونوفور به دو خانواده حامل یونی متحرک و یونوفور کانال‌ساز تقسیم می‌شوند.

انتقال فعال غشای سلولی

-->

---

در فرآیند انتقال فعال ذرات در خلاف جهت شیب غلظت شیمیایی یا الکتروشیمیایی منتقل می‌شوند. این نوع انتقال وابسته به منبع انرژی است و منبع انرژی انتقال فعال عمدتا از ATP ، حرکت الکترونها در جهت شیب پتانسیل الکتریکی ، حرکت یونها در جهت شیب الکتروشیمیایی ، نور و ترکیب پرانرژی فسفو انول پیرووات تامین می‌شود.

 

یکی از اعمال مهم غشای سلولی این است که ترکیب یونی بسیار متفاوتی در داخل سلول نسبت به خارج آن ایجاد نماید. به عنوان مثال میزان سدیم خون در مهره داران و بی ‌مهرگان 10 یا 20 برابر بیش از مقدار آن در درون سلول است و میزان پتاسیم برعکس بوده و در درون سلول 20 تا 40 برابر بیش از خارج سلول است. حفظ و نگهداری چنین شیبهایی در دو طرف غشای نیمه تراوا نیاز به مصرف مقدار زیادی انرژی دارد. انتقال از خلال غشا به صورت فعال است یا غیر فعال. در انتقال فعال از انرژی جهت انتقال یون یا مولکول در جهت عکس شیب الکتروشیمیایی استفاده می‌شود.

انتقال فعال اولیه

منبع انرژی انتقال فعال اولیه ATP ، جریان الکترون در جهت شیب پتانسیل الکتریکی یا نور است. برای مثال پمپ سدیم_پتاسیم و پمپ کلسیم که در انتقال فعال این یونها از خلال غشا شرکت دارند، از ATP به عنوان منبع انرژی استفاده می‌کنند. همچنین کمپلکس‌های VI , III , I زنجیره انتقال الکترون میتوکندری ، پمپ پروتون هستند و یونهای ⁺H را در خلاف جهت شیب الکتروشیمیایی انتقال می‌دهند.

پمپ سدیم _ پتاسیم

این پمپ که در غشای پلاسمایی سلولها بویژه سلولهای بافتهای تحریک‌پذیر نظیر بافتهای ماهیچه‌ای و عصبی به ‌وفور یافت می‌شود، در انتقال فعال آنتی پورت (در خلاف جهت هم) دو کاتیون ⁺Na و ⁺K نقش دارد. این پمپ به ازای انتقال کاتیونهای ⁺Na و ⁺K در خلاف جهت شیب الکتروشیمیایی ATP را به ADP+Pi هیدرولیز می‌کند.

پمپ سدیم _ پتاسیم به ازای هر مولکول ATP که هیدرولیز می‌کند، سه یون ⁺Na را در خلاف جهت شیب الکتروشیمیایی از سلول خارج و دو ⁺K را در خلاف جهت شیب الکتروشیمیایی وارد سلول می‌کند. از اینرو ، این پمپ یک پمپ الکتروژنیک است. حدود 10درصد اختلاف پتانسیل بین دو سوی غشا از عملکرد این پمپ ناشی می‌شود. به‌علاوه این پمپ نقش مستقیمی در تنظیم حجم سلول و تنظیم فشار اسمزی داخل سلول ایفا می‌کند.

پمپ کلسیم

یون کلسیم به‌عنوان یک پیک ثانویه شناخته می‌شود که در انتقال پیام در داخل سلول نقش ایفا می‌کند. غلظت این یون در داخل سیتوزول حدود 10 درصد میکرومولار و غلظت خارج سلولی آن ده هزار برابر این مقدار است. در داخل سلول کلسیم درون اندامکهای شبکه آندوپلاسمی (ER) و میتوکندری ذخیره می‌شود. زمانی‌که کانالهای کلسیم موجود در غشای پلاسمایی و غشای ER و میتوکندری باز می‌شوند، غلظت سیتوزولی کلسیم بطور آنی و به مقدار زیادی افزایش می‌یابد. در غشای پلاسمایی و غشای شبکه آندوپلاسمی ، پمپهای کلسیمی وجود دارد. اینها با مصرف ATP به منظور کاهش مجدد غلظت کلسیم سیتوزولی این یون را به خارج سلول یا به درون لومن شبکه آندوپلاسمی پمپ می‌کنند.

انتقال فعال ثانویه

منبع انرژی انتقال ثانویه از حرکت یونها در جهت شیب پتانسیل الکتروشمیایی تامین می‌شود. در سلولهای پوششی جدار روده و سلولهای توبولینی کلیه ، پروتئین انتقال دهنده‌ای وجود دارد که بطور سیمپورت (هم‌جهت باهم) گلوکز و کاتیون ⁺Na را به درون سلول منتقل می‌کند. این پروتئین یون ⁺Na را در جهت شیب الکتروشیمیایی و گلوکز را در جهت شیب شیمیایی داخل سلول منتقل می‌کند. به عبارتی این پمپ بخشی از انرژی که از انتقال یون‌های ⁺Na در جهت شیب الکتروشیمیایی حاصل می‌شود را صرف انتقال مولکول گلوکز در خلاف جهت شیب شیمیایی می‌کند.

آندوسیتوز

آندوسیتوز

اکثر مواد از طریق انتشار یا انتقال فعال به درون سلول راه می‌یابد. اما ذرات بسیار بزرگ بواسطه یک عمل تخصص یافته غشای سلولی موسوم به آندوسیتوز وارد سلول می‌شود. اشکال اصلی آندوسیتوز عبارتند از پینوسیتوز (قطره خواری) و فاگوسیتوز (ذره خواری).

پینوسیتوز

غشای اکثر سلولهای دائما در حال پینوسیتوز می‌باشد اما این کار در برخی سلولها سریعتر است مثلا در ماکروفاژها. پینوسیتوز تنها راه ورود اکثر مولکولهای درشت به درون سلول می‌باشد. به عنوان مثال خلاصه پینوسیتوز مولکولهای پروتئینی را شرح می‌دهیم. این مولکولها معمولا بر گیرنده‌های تخصص یافته بر روی سطح غشا متصل می‌شود که مخصوص پروتئینی هستند که باید جذب شود. بطور کلی گیرنده‌های در گوده‌هایی کوچک به نام گوده‌های پوشیده در سطح بیرونی غشای سلول متراگم شده‌اند.

در زیر گوده‌ها و بر روی سطح درونی غشای سلول ، شبکه‌ای از یک پروتئین فیبریلی به نام کلاترین و نیز پروتئی‌های دیگر وجود دارد که احتمالا شامل فیلمانهای انقباضی اکتین و میوزین می‌باشد. هنگامی که مولکولهای پروتئینی به گیرنده‌ها متصل می‌شود خصوصیات سطح غشا چنان تغییر می‌کند که تمام گوده به درون سلول فرو می‌رود و پروتئینهای پیرامون آن (اکتین و میوزین) تدریجا به هم نزدیک می‌شوند و لبه‌های گوده به هم می‌رسند. بلافاصله پس از آن ، قسمت فرو رفته غشا از سطح سلول جدا می‌شود و یک وزیکول پینوسیتوزی در سیتوپلاسم سلول بوجود می‌آید. انرژی این عمل از مولکول ATP تامین می‌شود و ضمنا برای این عمل وجود یون کلسیم در مایع خارج سلولی ضرورت دارد.

فاگوسیتوز

شبیه پینوسیتوز است با این تفاوت که بجای مولکولها با ذرات بزرگ سر و کار دارد. تنها برخی سلولها معین قادر به فاگوسیتوز هستند از جمله ماکروفاژهای بافتی و برخی گلبولهای سفید خون. هنگامی که پروتئینها با پلی ساکاریدهای واقع بر سطح ذراتی همچون باکتری ، سلول مرده یا سایر بقایای بافتی به گیرنده‌های رو ی فاگوسیت متصل می‌شوند، فاگوسیتوز آغاز می‌شود.

در مورد باکتریها ، معمولا باکتری قبلا به این آنتی‌بادی خاصی متصل شده است و اتصال آنتی‌بادی به گیرنده‌های فاگوسیت موجب کشیده شدن هر دوی آنها به درون فاگوسیت می‌شود. به این عمل واسطه‌ای آنتی‌بادیها اپسونیزاسیون گویند.

اگزوسیتوز

خروج مواد بزرگ یا مولکولهای درشت از سلول و ورود آن به مایع خارج سلولی توسط پدیده اگزوسیتوز انجام می‌گیرد. معمولا باقیمانده مواد هضم شده توسط لیزوزومها که دیگر قابل تجزیه نیستند و به جسم باقیمانده معروف هستند توسط عمل اگزوسیتوز از سلول خارج می‌شود. عمل اگزوسیتوز درست عکس عمل اندوسیتوز می‌باشد.

راه هاي عبور مواد از غشاء سلول:

1) انتشار:

 يكي از راه هاي عبور مواد از غشاء سلول انتشار است. بر اساس اين پديده مواد از جايي كه غلظت زيادتري دارند به جايي كه غلظت كمتري دارند منتقل مي شوند.

2) انتقال فعال:گاهي مواد بايد در جهت عكس شيب غلظت منتقل شوند. اين نوع انتقال را انتقال فعال مي گويند. در اين روش براي انتقال مواد انرژي مصرف مي شود. در غشاء سلول پمپ هايي وجود دارد كه با مصرف(ATP) به كار مي افتد و به فرآيند انتقال فعال كمك مي كند.

اين پمپ ها مواد لازم و حياتي را به درون سلول مي برند و يا مواد سمي درون سلول را به بيرون انتقال مي دهند.

کریستاها و اهمیت آنها در میتوکندری ها

 

     همانطور که می دانید میتوکندری ها همانند کلروپلاست ها دارای دو غشاء هستند. غشای خارجی میتوکندری ها دارای کانال هایی به نام پورین ها است و مواد و ترکیبات زیادی از جمله منومرهای تشکیل دهنده پلیمرهای زیستی مانند اسیدهای نوکلئیک، پروتئین ها، چربی های بزرگ و پلی ساکاریدها و هچمنین انواعی از خود این پلیمرهای زیستی، یون های معدنی و غیره می توانند از آن بگذرند و به فضای بین غشایی وارد و یا از آن خارج شوند.

        اما غشای داخلی یک غشای فوق العاده اختصاصی بوده و نسبت به غشای خارجی درصد پروتئین بالایی هم دارد که نشان دهنده نقش مهم و حیاتی آن است (چرا که پروتئین ها مسئول بروز عملکردها و رفتارهای سلولی هستند). غشای داخلی میتوکندری بسیار چین خورده بوده و هر کدام از چین های آن، کریستا یا تیغه نامیده می شوند. این تیغه ها، به سمت فضای داخل میتوکندری (موسوم به ماتریکس میتوکندری یا ماده زمینه ای) کشیده شده و بسیاری از آنها حتی تا مجاورت غشای مقابل خود از آن سمت پیشروی می کنند. در داخل این غشای پر پیچ و خم، پروتئین های بسیاری از جمله پروتئین های درگیر در انتقال الکترون (معروف به پروتئین های زنجیره انتقال الکترون یا زنجیره تنفسی) قرار دارند که در جای جای آن پراکنده اند.

 

          حرف برای گفتن بسیار است، اما هدف من در این بحث مختصر، بررسی پاسخ های حتمی و احتمالی به این سوال است که چرا میتوکندری ها کریستا دارند و در واقع اهداف ایجاد کریستاها در میتوکندری ها چه می تواند باشد؟ دلایلی را برای پاسخ به این سوال برشمرده ام که در زیر به آنها می پردازم، دلایلی که شما در کتابهایتان معمولا نمی بینید!

1- کریستاها به خاطر داشتن نسبت سطح به حجم بالا قادرند تعداد زنجیره های تنفسی بسیار بیشتری را در خود جای دهند. در نتیجۀ این امر، کارآیی تولید ATP در میتوکندری و به تبع آن در سلول افزایش خواهد یافت.

2- کریستاها با نفوذ در داخل ماتریکس میتوکندری، NADH ها و FADH2 های موجود در ماتریکس را به واسطه آنزیم سوکسینات دهیدروژناز در غشای داخلی میتوکندری سریعتر دریافت می کنند. (همانطور که می دانید آنزیم سوکسینات دهیدروژناز تنها آنزیمی از چرخه کربس (چرخه TCA) است که در اتصال با غشای داخلی میتوکندری می باشد و در عین حال کمپلکس II زنجیره تنفسی به شمار می آید و عمل آن نیز تبدیل سوکسینات و فومارات به یکدیگر و همزمان تولید FADH2 در طی این واکنش و یا مصرف آن (گرفتن الکترون های آن و دادن آنها به زنجیره انتقال الکترون) می باشد؛
 کمپلکس آنزیمی NADH اکسیدوردوکتاز نیز که یک کمپلکس پروتئینی عرض غشایی است، الکترون های NADH را گرفته و به زنجیره انتقال الکترون وارد می کند).

 

 

 

3- سوکسینات دهیدروژناز موجود در زنجیره تنفسی در کریستاها، با انتقال سریع الکترون های FADH2 به زنجیره سبب تبدیل سوکسینات به فومارات و در نتیجه تسریع پیشرفت چرخه کربس می شود و همزمان به زنجیره نیز سرعت بیشتری می بخشد.

4- کریستاها با ایجاد محفظه های نسبتاً محدود و بسته ای (شبیه سازی شده با تیلاکوئیدهای کلروپلاست ها) در محدوده نسبتاً کوچکی، شیب های الکتروشیمیاییِ پروتونیِ تندی را ایجاد می کنند که سریعاً از این شیب ها توسط ATP سنتاز، به منظور سنتز ATP بهره برداری به عمل می آید (بجای اینکه نیاز باشد کل فضای بین دو غشا پر از پروتون شود).

میتوکندری

میتوکندری یک اندامک مخصوص به سلول های یوکاریوتی است. این اندامک ضخامتی از 5/. الی 10 میکرومتر (μm) دارد. عملکرد اصلی این اندامک ها تولید انرژی سلول در شکل مولکول های ATP (آدنوزین تری فسفات) است. علاوه بر عملکرد اصلی تولید انرژی، فعالیت های دیگری مانند انتقال پیام، تمایز سلولی، مرگ برنامه ریزی شده سلولی، کنترل چرخه و رشد سلولی نیز بر عهده این اندامک است. میتوکندری ها در برخی از بیماری های انسان دخیل هستند مانند نقص عملکرد قلب و همچنین ممکن است در فرآیند پیری نیزی مؤثر باشند.

تصویر میکروسکوپ الکترونی از میتوکندری: خط های کشیده شده در وسط اندامک، ساختار های کریستا یا چین خوردگی های غشای داخلی هستند

شماره 9 اندامک میتوکندری را به صورت شماتیک نشان می دهد.

 

میتوکندری توسط دو غشاء داخلی و خارجی احاطه شده است که از ترکیبات لیپیدی و پروتئین ها ساخته شده اند. نوع فسفولیپیدها و پروتئین ها در دو غشاء با هم متفاوت اند به همین دلیل خواص دو غشاء و نفوذپذیری آن ها نیز کاملاً متفاوت می باشد. میتوکندری به طور کلی دارای 5 قسمت قابل تفکیک است: غشاء خارجی، فضای بین دو غشاء، غشاء داخلی، فضای درون چین خوردگی ها یا کریستاها و ماتریکس یا ماده زمینه ای.  بخش های مختلف ساختار میتوکندری در تصویر نشان داده شده است

منشاء میتوکندری

در ارتباط با منشاء اندامک میتوکندری نظریات مختلفی داده شده است. پس از تقسیم سلول، هر سلول دختری حاصل نیمی از سیتوپلاسم سلول مادری را به ارث خواهد برد. در نتیجه تعدادی از میتوکندری های سلول مادری به سلول به هر سلول جدید به ارث می رسد. از طرف رشد و تقسیم دوتایی میتوکندری ها در مرحله اینترفاز تقسیم سلولی به اثبات رسیده است.  میتوکندری از نظر ساختار و پروتئین های موجود درغشاء به پروکاریوت ها مشابه است.

ü      میتوکندری حاوی ژنوم مختص به خود اندامک است که ساختار آن مشابه ژنوم باکتری، یک مولکول  DNA  دو رشته حلقوی می باشد.

ü      میتوکندری دارای ریبوزوم و مولکول های tRNA   مستقل برای فرآیند ترجمه درون خود این اندامک است.

ü      دورگه گیری میان زیرواحدهای ریبوزوم پروکاریوتی و میتوکندری تولید ریبوزوم های فعال می نماید اما درصورتی که زیرواحدی از ریبوزوم میتوکندری با زیر واحدی از ریبوزوم سیتوزول همان سلول دورگه گیری شود، ترکیب حاصل قادر به ترجمه پروتئین نمی باشد.

 

میتوکندری یک اندامک نیمه خودکار است. یک فرضیه با توجه به شباهت های ذکر شده میان اندامک میتوکندری (و همچنین کلروپلاست) بیان شده نظریه درون همزیستی باکتری ها با سلول های یوکاریوت است. براساس این نظریه یک سلول اولیه قادر به انجام فرآیندهای فسفریلاسیون اکسایشی توسط سلول دیگری بلعیده شده است . ساختار غشاء و پروتئینهای آن، مولکول DNA  حلقوی ( باچند استثنا) ، دستگاه ترجمه و رونویسی مخصوص به خود اندامک همگی دلالت براثبات این بیانات دارند. البته اگر چه ژنوم میتوکندری مختص به این اندامک است اما قادر به کد کردن تمامی پروتئین های لازم برای میتوکندری نمی باشد و تعداد زیادی از آنها توسط ژنوم هسته رمز می شوند. اندازه مولکولDNA  میتوکندری در انواع جانداران بسیار متنوع است . در حالی که ژنوم میتوکندری برخی گیاهان تا اندازه 200 کیلو باز طول می رسد، ژنوم میتوکندری انسان تنها 16569 جفت باز دارد که رمزکننده 13 پروتئین زنجیره تنفسی ، مولکول های RNA ریبوزومی زیر واحدهای کوچک و بزرگ و tRNA تمامی کدون ها می باشد. احتمالاً در طول دوره تکامل تا بوجود آمدن میتوکندری های امروزی، بسیاری از ژن ها از ژنوم میتوکندری به ژنوم هسته انتقال یافته اند و باعث شده تا این  اندامک از یک موجود مستقل به یک اندامک کاملاً وابسته به هسته تبدیل شود.

نظریه دیگر، بوجود آمدن میتوکندری از ذرات ساده تر یا همان پدیده Denovo    است

بیماری‌های میتوکندریایی

میتوکندری‌ها انرژی شیمیایی متابولیت‌ها را به انرژی رایج سلول یعنی همان ATP تبدیل می‌کنند.

ساختمان میتوکندری‌ها شامل یک غشای میتوکندریایی خارجی و یک غشای میتوکندریایی داخلی، کریستاها فضای داخل غشایی و فضای بین ستیغی یا همان ماتریکس می‌شوند. ماتریکس حاوی پروتئین فراوان، مولکول‌های حلقوی DNA میتوکندریایی، mtDNA و سه نوع RNA یعنی rRNA,tRNA,mRNA می‌باشد.

همچنین میتوکندری ریبوزوم‌هایی دارد که کوچکتر از ریبوزوم‌های سیتوزولی و قابل مقایسه با ریبوزوم‌های باکتریایی هستند.

تجزیه‌ی اولیه کربوهیدرات‌ها و چربیها در ماتریکس سیتوپلاسمیک روی می‌دهد. محصول متابولیک نهایی این مسیرهای خارج میتوکندری، استیل کوآنزیم A است که سپس وارد میتوکندری می‌شود.

در ماتریکس میتوکندری، طی چرخه‌ی کربس، اکی والان‌های احیا، اندکی ATP و آب تولید می‌شود. در سیستم انتقال الکترون که در غشای داخلی میتوکندری قرار گرفته است، عبور الکترون‌ها با واسطه‌ی عمل سیتوکروم‌های c,b,a کوآنزیم Q و سیتوکروم اکسید از قادر به آزاد کردن انرژی است این تولید انرژی ۳۶ مولکول ATP به ازای هر مولکول گلوکز است .

میتوکندری با  DNA مربوط به خود پروتئین‌های مختلف و RNA  راکد می‌کند اما پروتئین‌های زیادی دارد که توسط DNA هسته‌ای کد می‌شوند.

وجود شباهت‌های فراوان بین میتوکندری‌ها و پروکاریوت‌ها، منجر به ارائه‌ی فرضیه‌های endosymbiasis شده است که این همزیستی، را توجیه می‌کند.

طی این فرضیه منشا میتوکندری‌ها یک سلول اجدادی پروکاریوت- قادر به فسفریلاسیون – بوده است. شواهد نشان داده است که در جریان تکامل اغلب ژن‌های این پروکاریوت موازی به هسته منتقل شده است .

میتوکندری‌ها در یوکاریوت‌های امروزی DNA هایی را حفظ کرده‌اند که کد کننده‌ی پروتئین‌های ضروری برای فعالیت اندامک و همچنین کد کننده‌ی tRNA , rRNA  مورد نیاز برای ترجمه هستند. میتوکندری زیر میکروسکوپ نوری دیده می‌شود و DNA میتوکندری mtDNA بوسیله‌ی میکروسکوپ فلوئورسانس آشکار می‌شود. مشاهده می‌شود که هر میتوکندری شامل چندین مولکول mtDNA است.

مشاهداتی که توسط میکروسکوپ time – lapse صورت گرفته، نشان داده که در اغلب موجودات mtDNA طی انیترفاز رونویسی می‌شود، در میتوز هر سلول دختر تقریباً نیمی از میتوکندریها را دریافت می‌کند.

میتوکندری‌ها توارث سیتوپلاسمی از خود نشان می‌دهند. در پستانداران و اغلب پر سلولی‌های دیگر با اینکه اسپرم اندکی در سیتوپلاسم زیگوت مشکلات دارد، اما واقعیت این است که همه‌ی میتوکندر‌ی‌های رویان از تقسیم میتوکندریهای تخمک (دونه اسپرم) بوجود آمده.

mtDNA انسان یک مولکول حلقوی است که از کوچکترین mtDNA شناخته شده است و شامل ۱۶۵۶۹ جفت باز می‌شود. این مولکول ۱۳ پروتئین زنجیره‌ی تنفسی، ۲ rRNA که در ریبوزوم‌های میتوکندری یافت می‌شوند و ۲۲ tRNA به کار رفته برای ترجمه mRNA میتوکندریایی راکد می‌کند. mtDNA انسان ۱۳ سکانس دارد که با کدون ATG (متیونین) آغاز می‌شود، با یک کدون پایان، تمام می‌شود و به اندازه‌ی بزرگ است می‌تواند یک پلی پپتید با بیش از ۵۰ آمینواسید راکد کند.

mtDNA پستانداران در مقایسه با DNA هستند، انیترون ندارد و شامل سکانس‌‌های غیر کد کننده‌ی بلند نمی‌شود.

چنانچه تا کنون شناخته شده همه‌ی رونوشت‌های mtDNA و محصولات ترجمه‌ی آنها در میتوکندری باقی می‌مانند و همه‌ی پروتئین‌های کد شده توسط mtDNA روی ریبوزوم‌های میتوکندری ساخته می‌شوند.

همه‌ی پلی پپتیدهای شناخته شده‌ی ساخته شده در میتوکندری (یک استثناء)، آنزیم‌های کاملی نیستند بلکه زیر واحدهایی از کمپلکس‌های چند واحدی به کار رفته در انتقال الکترون یا سنتز ATP هستند. از آن جا که DNA میتوکندریال کم است، تنها قسمت اندکی از پروتئین‌های میتوکندریال در خود میتوکندری ساخته می‌شوند.

اغلب پروتئین‌های قرار گرفته در میتوکندری از قبیل RNA پلیمر از میتوکندریایی در ریبوزوم‌های سیتوپلاسمی ساخته شده‌اند. شباهت ریبوزوم‌های میتوکندری با ریبوزوم‌های باکتریایی دلیل اصلی سمی بودن برخی آنتی بیوتیک‌ها است.

عملکرد ناصحیح میتوکندری به عنوان اندامکی که در متابولیسم انرژی نقش بسیار مهمی دارد می‌تواند به شرایط پاتولوژیک منجر شود. اولین بیماری میتوکندریایی که شناخته شد، نوروپاتی استیک لبر وراثتی (LHON) بود. این بیماری حالتی از انحطاط عصب بینایی همراه با نابینایی پیش رونده است که در میانسالی در نتیجه‌ی جهش در بخش Q-NADH اکسید و ردوکتاز کمپلکس I ایجاد می‌شود. برخی از جهشها استفاده از NADH  را مختل می‌کنند در حالیکه برخی دیگر انتقال الکترون به Q را متوقف می‌سازند.

تجمع جهش‌ها در ژن‌های میتوکندری طی چندین دهه ممکن است در پیر شدن، اختلالات دژنراتیو و سرطان نقش داشته باشند.

با افزایش درصد میتوکندری‌های معیوب، ظرفیت تولید انرژی کم می‌شود تا جاییکه در یک حد آستانه‌ای دیگر سلول نمی‌تواند به طور مناسبی عمل کند.

در نقصان در تنفس سلولی نه تنها تغییر و تبدیلات انرژی کاهش می‌یابد بلکه احتمال اینکه گونه‌های فعال اکسیژن نیز ایجاد شوند افزایش می‌یابد.

بافت‌هایی نظیر سیستم عصبی و قلب که شدیداً به فسفریلاسیون اکسایشی وابسته هستند نسبت به جهش در DNA میتوکندریایی آسیب پذیرتر هستند. همچنین کمبود میتوکندری‌ها اختلاف کارکرد عضلانی در پی خواهد داشت. به علت منشأ سیتوزولی RNA  و DNA پلی مرازها، جهش یافته‌ها نمی‌بایست در رونویسی مشکلی داشته باشند.

مثلاً Leber’s hereditary optic neuropathy بوسیله‌ی یک جهش در mtDNA کد کننده‌ی زیر واحد ۴ از NADH-COQ Redactase ایجاد می‌شود یا مثلاً ایجاد فیبرهای عضلانی زبر و ناصاف (با اجتماع نامناسب میتوکندری) و حرکات تشنجی کنترل نشده با یک جهش تنها در حلقه‌ی TYCG از TRNA لیزین میتوکندریایی مرتبط هستند.

بیماری‌های میتوکندری ارثی یا اکتسابی هستند گرچه به ندرت مشاهده می‌شود که بر اثر جهش‌های خودبخودی در نمو اولیه رویان ایجاد شوند دو الگوی متداول توارث بیماری‌های میتوکندری Maternal (mitochondrial) Mendelian است. زمانی که توارث از نوع مندلی است نقصی در ژن‌های کروموزوم هسته وجود دارد و زمانی که توارث از نوع میتوکندریایی است بیماری نتیجه‌ی نقص در ژن میتوکندری است و فقط می‌تواند از مادر به کودک، انتقال یابد. شدت اختلالات در بیماری‌های میتوکندریایی از کمترین علائم تا مرگ تغییر می‌کند.

سن شروع بیماری از تولد تا بزرگسالی متغییر است . برخی اختلالات متداول میتوکندریایی شناخته شده ، MELAS,MERRF, Kearns – sayre syndrome وانسفالو میوپاتی لاکتیک اسیدوز میتوکندریایی می‌باشند.

علائم این بیماری‌های متنوع منحصر به هر گونه هستند. مثلا علائم بیماری MELAS کوتاهی قد، حمله ناگهانی بیماری، اپی زودهای ضربه مانند، سردردهای عود کننده ، آسیب‌های شناختی، فیبرهای عضلانی خشن و قرمز، ناشنوایی و دیابت است .

به دلیل گوناگونی علائم این بیماری‌ها، تشخیص آن پیچیده، هزینه بر و وقت گیر است و پس از ارزیابی‌های کامل، باز هم تشخیص داده شده، قطعی نیست برای نزدیک شدن به تشخیص این بیماری‌ها اقداماتی صورت می‌گیرد نظیر ارزیابی سابقه‌ی فامیلی بیماری، انجام آزمایشات کامل جسمی، نورولوژیک و متابولیک و بسته به حالات بیمار انجام EKG , MRI تست شنوایی و آزمایش خون ممکن است انجام پذیرد.

درمانی برای این بیماری‌ها وجود ندارد و درمان‌های عرضه شده صرفاً برای کاهش علائم و به تاخیر انداختن پیشرفت بیماری است. در درمان، تجویز دارو در اولویت است همچنین و یتامین وکوآنزیم درمانی به همراه کارد درمانی‌های حرفه‌ای ممکن است سودمند باشد.

میتوکندری

میتوکندری چهار بخش اصلی دارد: غشای خارجی ، فضای بین غشایی ، غشای داخلی و ماتریس.

غشای خارجی این غشا دارای تعداد زیادی پروتئین است که به انتقال آسان مولکلول های بزرگ کمک می‌کنند. علاوه بر این در این غشا، پروتئین هایی وجود دارد که چربی‌ها را به مواد قابل استفاده در ماتریس تبدیل می‌کند.فضای بین غشایی این فضا شامل آنزیم هایی است که با مصرف ATP، سایر نوکلئوتیدها را فسفره می‌کنند.غشای داخلی این قسمت دارای پیچ و خم های بسیار زیادی است که باعث افزایش سطح آن می‌شود. این کار کمک می‌کند تا کار بیشتری در فضای کوچکتر انجام شود. در این قسمت سه پروتئین اصلی وجود دارد: 1. پروتئینی که واکنش های اکسیداسیون زنجیره تنفسی را انجام می‌دهد. 2. یک کمپلکس آنزیمی به نام ATP" سنتتاز " که ATP می‌سازد. 3- پروتئین های انتقال دهنده که ورود و خروج مواد به ماتریس را کنترل می‌کنند. اینجا همان جایی است که فسفریلاسیون اکسیداسیونی انجام می‌شود.ماتریس سیکل کربس در اینجا اتفاق می‌افتد. به علاوه، چندین کپی از ژنوم DNA، تعدادی ریبوزوم خاص میتوکندری، t RNA‌ها و آنزیم هایی که برای انجام فعالیتهای متیوکندری ضروری است، در این بخش قرار دارند.

شواهدي مبنی بر حضور یک کانال پتاسیمی جدید در رتیکلوم آندوپلاسمیک

سجاد سالاري 1، افسانه الیاسی 1*، رضا صغیري 2

1. مرکز تحقیقات علوم اعصاب، گروه فیزیولوژي، دانشگاه علوم پزشکی شهید بهشتی، تهران

2. گروه بیوشیمی، انستییو پاستور ایران، تهران

دریافت: 20 مرداد 89 پذیرش: 1 دي 89

مرفین و بیان ژن برخی آنزیم هاي دخیل در بیوسنتز و تجزیه کتکولامین ها ستاریان و همکاران

چکیده

598 از یک کانال pS مشاهده گردید. جریان ،(RER) 598 و 368 در غشاء اندوپلاسمیک رتیکلوم pS مقدمه: در مطالعات قبلی ما، دو جریان پتاسیمی با کنداکتانسهاي

368 بندرت مشاهده می گردید، ماهیت آن در هاله اي از ابهام pS عمل می کرد، ناشی می شد. ولی از آنجائی که جریان ATP پتاسیمی وابسته به ولتاژ که به صورت حساس به

نقش مهمی در سیگنالیگ داخل سلولی و حفاظت سلولی ایفا می کنند، تعیین RER باقی ماند. از آنجائی که کانالهاي کاتیونی ارگانلهاي داخل سلولی همچون میتوکندري و

خصوصیات بیوفیزیک و فارماکولوژیک این کانالها اهمیت دارد.

از از زرده تخم مرغ تازه استخراج گردید، غشا (PC; روش ها: از روش ثبت تک کانال متعاقب الحاق آن در غشاء لیپیدي دو لایه استفاده شد. فسفاتیدیل کولین (لیپید غشا

در منفذ 150 میکرون تشکیل شد. اندوپلاسمیک رتیکلوم دانه دار توسط هموژنیزاسیون و چندین مرحله اولتراسانتریفیوژ از کبد بدست آمد. تمام ثبت ها (BLM) لیپیدي دو لایه

Markov’s noise free single channel ذخیره می گردید. آنالیز اماري بر اساس متد clampfit جهت آنالیز توسط 9 kHz فیلتر و با سرعت نمومه برداري 10 kHz در 1

صورت گرفت. analysis

+50 تا 50 - به صورت غیر وابسته به ولتاژ عمل می کرد و در کلیه ولتاژها mV 346 مشاهده شد که در محدوده ولتاژي pS یافته ها: یک کانال پتاسیمی با کنداکتانس

20 فعالیت کانال را مهار می کرد این در حالی است که mM 4- در دوز AP 0 را نشان می داد. مهارکننده هاي غیر اختصاصی کانالهاي پتاسیمی همچون / بالاتر از 9 Po

تأثیري بر فعالیت کانال نداشت. ATP نوکلئوتیدهاي داخل سلولی همچون

ATP 598 مشاهده شده در تحقیق قبلی، حساس به pS 346 مشاهده شد که بر خلاف کانال pS نتیجه گیري: در این مطالعه یک کانال پتاسیمی جدید با کنداکتانس

نمی باشد. این کانال احتمالا در حفظ هوموستاز کلسیم و حفاظت سلولی نقش داشته باشد.

BLM ، واژه هاي کلیدي: رتیکولم آندوپلاسمیک، کانال پتاسیمی

مقدمه ١

کانالهاي پتاسیمی خانواده مهم و گستردهاي از پروتئین-هاي

غشایی هستند که هم در سلولهاي تحریک پذیر و هم در

[e-mail] : ١ نویسندة مسئول مکاتبات

www.phypha.ir/ppj : وبگاه مجله

سلولهاي غیر تحریک پذیر یافت میشوند و نقش حیاتی در

روندهاي پیام رسانی، تنظیم کننده رهایش نوروترانسمیتر، تعداد

ضربان قلب، ترشح انسولین، تحریک پذیري عصبی، انتقال

الکترولیتها، انقباض عضله صاف و تنظیم حجم سلول ایفاء

می کنند [ 21 ]. کانالهاي پتاسیمی علاوه بر غشاء پلاسمائی، در

ارگانلهاي داخل سلولی نیز یافت می شوند که از جمله آنها می

توان کانالهاي پتاسیمی غلاف هسته [ 22 ]، رتیکلوم

تأسیس 1347

Archive of SID

www.SID.ir

فیزیولوژي و فارماکولوژي جلد 15 ، شماره 1، بهار 1390

18 18

5] و ،8 ،11 ، 7]، میتوکندري [ 13 ، 19] (SR) سارکوپلاسمیک

1] را نام برد . این کانالها ،25] (ER) رتیکلوم آندوپلاسمیک

عملکردهاي متنوعی در سلول دارند به عنوان مثال مهار

غلاف هسته (KATP) ATP کانالهاي پتاسیمی حساس به

باعث دپولاریزه شدن غشاء هسته و فعال شدن کانالهاي

کلسیمی وابسته به ولتاژ می شود که این امر باعث تغییر غلظت

کلسیم داخل هسته، تغییر فسفریلاسیون فاکتورهاي رونویسی و

با SR تغییر بیان ژن می شود [ 22 ]. کانالهاي پتاسیمی غشاء

عبور دادن یونهاي پتاسیم د ر خلاف جهت حرکت کلسیم،

دور نگاه می دارند . این عمل Eca را از + 2 SR پتانسیل غشاء

باعث می شود که در هنگام انقباض عضله، یون کلسیم

SR آزاد شود و در هنگام استراحت عضله، به SR بیشتري از

اجازه می دهد مقدار بیشتري یون کلسیم را در خود ذخیره کند

7]. در غشاء داخلی میتوکندري نیز چندین نوع کانال ،19 ،20]

پتاسیمی گزارش شده است . مطالعات نشان می دهند که

نورونهاي عصبی در طی دوره ایسکمی mitokATP کانالهاي

باز شده و بدین وسیله از این سلولها در برابر ایسکمی حفاظتی

3]. کانالهاي پتاسیمی وابسته به ولتاژ میتوکندري ، می کنند [ 30

نیز نقشی کلیدي در سیگنالینگ آپپتوز بازي می کنند [ 28 ]. با

وجود مطالعات پیشرونده اي که در مورد غشاء داخلی

ER میتوکندري انجام می شود در مورد کانالهاي پتاسیمی

اطلاعات اندکی وجود دارد. مطالعات قبلی ما نشان داد که در

نیز یک نوع کانال پتاسیمی وجود دارد. این کانال RER غشاء

(pS) 598 پیکوسیمنس ±17/ که کنداکتانسی در حدود 7

داشت، به صورت وابسته به ولتاژ فعالیت می کرد، به این

در ولتاژهاي بالاي 30 (Po) صورت که امکان باز بودن کانال

و آنالوگ ATP .[ میلی ولت به شدت افزایش می یافت [ 25

2 میلی مو لار / در دوز 5 (ATPγS) ATP غیر قابل هیدرولیز

به ADP . به طور کامل فعالیت این کانال را مهار می کرد

تنهائی اثر معنی داري بر فعالیت کانال اعمال نمی کرد ولی

به طور معنی داري باعث باز شدن کانال می شد Mg-ADP

11/1 pS 1]. در حین بررسی این کانال یک جریان پتاسیمی ]

+60 تا mV 368 نیز مشاهده شد که در محدوده ولتاژي ±

-30 رفتار خطی (اهمیک) را نشان می داد. این جریان پتاسیمی

مشاهده ATP بندرت ظاهر می شد و همراه با کانال حساس به

می گردید. لذا به عنوان ساب کنداکتانس براي این کانال و یا

یک کانال احتمالی معرفی شد [ 25 ]. با توجه به ناکامل بودن

اطلاعات ما در مورد این جریان پتاسیمی، تحقیق حاضر به

منظور بررسی ویژگیهاي بیوفیزیک و فارماکولوژي آن انجام

گردید.

مواد و روش ها

-4 ، در این تحقیق از تریس ماي بازي، هیپس 1

که همگی محصول شرکت سیگما ،ATP آمینوپیریدین 2 و

دکان محصول شرکت مرك استفاده شد. – n بودند و

از فسفاتیدیل (BLM) جهت تشکیل غشاء لیپیدي دولایه 3

کولین استفاده شد. فسفاتیدیل کولین از زرده تخم مرغ، بر

و همکاران [ 26 ] استخراج گردید. به Singleton اساس روش

این ترتیب که در مرحله اول فسفولیپیدها با استفاده از حلالهاي

آلی از سایر ترکیبات همانند پروتئینها، پیگمانهاي رنگی و سایر

چربیها جدا شد سپس فسفاتیدیل کولین از سایر فسفاتیدها با

استفاده از ستون کروماتوگرافی که فاز ثابت آن، آلومینیوم

اکساید و فاز متحرك آن متانل و کلروفرم بود، جدا گردید .

thin layer ) TLC خلوص ماده استخراج شده با استفاده از

مورد آزمایش قرار می گرفت. (chromatography

براي انجام این تحقیق از موشهاي نر نژاد ویستار با وزن

180-200 گرم که از 24 ساعت قبل از آزمایش از غذا محروم

نگاه داشته شده بودند، استفاده شد. جهت جاگذاري کانال، باید

به صورت وزیکولهاي کوچک حاوي یک یا دو کانال ER

و همکا ران Kan استخراج گردد. براي این منظور از پروتکل

استفاده شد [ 12 ]. در این متد، از طریق هموژنیزاسیون بافت

کبد بصورت سوسپانسیون یکنواخت درآمده وسپس با یک

مرحله سانتریفوژ سرعت بالا، رسوب حاوي غشا سلول،

جدا گردید . ER میتوکندري، و سایر ارگانل ها از محلول حاوي

طی چندین مرحله اولتراسانتریفیوژ ER آنگاه وزیکولهاي

استخراج شد.

Muller جهت تشکیل غشاء لیپیدي دولایه از روش

1. N-Z-hydroxyethylpiperazine–N-Z-ethanesulfonic

acid

2. 4-Aminopyridine

3. Bilayer Lipid Membrane _ BLM

Archive of SID

www.SID.ir

کانال پتاسیم غشاء رتیکلوم آندوپلاسمیک سالاري و همکاران

19 19

25 در - mg/ml استفاده شد [ 16 ]. فسفاتیدیل کولین با غلظت

150 با μm دکان حل شده و توسط سوزن استیل به قطر n

منفذ 150 میکرونی محفظه تفلونی تماس داده می شد تا غشاء

;cis) تشکیل شود. دو طرف منفذ به ترتیب در فضاي سیس

200 mM فضاي سیتوپلاسمی) محلول کلرید پتاسیم با غلظت

فضاي لومنی) محلول کلرید پتاسیم ;trans) و در فضاي ترانس

50 قرار داشت. محلولهاي کلرید پتاسیم حاوي mM با غلظت

7 رسانده / آنها با تریسماي بازي به 4 pH 10 هیپس بود و mM

شد. شکل 1 نمائی از محفظه هاي سیس و ترانس و محل قرار

گیري منفذ را نشان می دهد. با توجه به این که در شرایط

200 و در mM /KCl آزمایش ما که در محفظه سیس غلظت

50 استفاده شد، در mM با غلظت KCL محفظه ترانس

-30 جهت جریان پتاسیمی از mV محدوده ولتاژ 30 + تا

سیس به ترانس و رو به بالا و کلر رو به پایین می باشد.

وزیکولهاي رتیکلوم آندوپلاسمیک استخراج شده، توسط

10 با غشاء لیپیدي دولایه تماس μm سوزن استیل به قطر

داده می شد تا بطور تصادفی یک یا دو کانال وارد غشاء شود .

جهت ثبت از فعالیت کانال از الکترود نقره/ کلرور نقره استفاده

شد که از یک طرف توسط پل آگار با محفظه هاي سیس و

ترانس و از طرف دیگر با آمپلی فایر در ارتباط قرار می گرفت .

الکترود مورد استفاده جهت کلمپ ولتاژ در محفظه سیس و

الکترود رفرانس در محفظه ترانس قرار داشت. جریانهاي اندازه

گیري شده توسط آمپلی فایر تقویت شده و پس از فیلتر شدن

kHz 1 توسط فیلتر پایین گذر، با سرعت نمونه برداري kHz

clampex9 (axon instrument) 10 جهت آنالیز توسط

(axon ذخیره می گردید. ثبتهاي گرفته شده بوسیله نرم افزار

مورد تجزیه تحلیل قرار گرفتند . clampfit9 instrument)

کنداکتانس تک کانال بر اساس ارتباط ولتاژ -جریان محاسبه

میانگین زمان باز بودن ;open probability) Po . می گردید

کانال به کل زمان ثبت در هر ولتاژ ) از طریق بکار گیري

از روي ،clampfit الگوریتمهاي استاندارد تعیین نقاط در 9

سگمنتهاي یک دقیقه اي محاسبه می گردید.

یافته ها

خصوصیات الکتروفیزیولوژیک تک کانال پتاسیم : بعد از

الحاق وزیکولهاي رتیکلوم آندوپلاسمیک به غشاء دو لایه در

(200 mM KCl cis/ محیط غیر همگن کلرید پتاسیم 50

فعالیت سه کانال پتاسیمی شناسائی شد که mM KCl trans)

346 ،569 و 211 pS به ترتیب کنداکتانس هائی در حدود

داشتند. شکل 2 فعالیت این کانالها را در ولتاژ صفر میلی ولت

نشان می دهد. در این مقاله خصوصیات الکتروفیزیولوژیک

346 مورد بررسی قرار می گیرد . شکل 3 pS کانال پتاسیمی

جریانهاي ثبت شده از این کانال را در پتانسیلهاي نگهدارنده

mV) +50 تا 50 - نشان می دهد . در پتانسیل معکوس mV

-30 ) که گرادیانهاي شیمیائی و الکتریکی همدیگر را خنث ی

شکل 1- نمائی از محفظه سیس و ترانس و مکان قرارگیري منفذ بین این دو محفظه

Archive of SID

www.SID.ir

فیزیولوژي و فارماکولوژي جلد 15 ، شماره 1، بهار 1390

20 20

می کنند، هیچ گونه جریانی مشاهده نمی شد، این در حالی

است که در پتانسیلهاي مثبت تر از پتانسیل معکوس، جریان رو

و در ولتاژهاي منفی تر از پتانسیل (outward) به خارج

ظاهر می شد . دامنه (inward) معکوس، جریان رو به داخل

این جریانها با فاصله گرفتن از پتانسیل معکوس بلندتر می شد.

کانال در ولتاژهاي مثبت، رفتاري با باز شدن نسبتاً طولانی و

نشان می داد این در حالی (flickering) بسته شدنهاي سریع

است که در ولتاژهاي منفی، به صورت حالتهاي باز طولانی و

حالتهاي بسته کوتاه مدت عمل می کرد . شکل 4، رابطه

جریان- ولتاژ مربوط به 5 ثبت از فعالیت کانال را در محدوده

50 + تا 50 - نشان می دهد. رابطه جریان - ولتاژ mV ولتاژي

کانال در این محدوده ولتاژي رابطه خطی (اهمیک ) را نشان

می داد. شیب منحنی که نشان دهنده کنداکتانس کانال است

346 را نشان می داد. ±9 /92 pS مقدار

وابستگی به ولتاژ احتمال باز بودن کانال: اثر ولتاژ بر روي

ویژگیهاي باز و بسته شدن کانال با اندازه گیري احتمال باز

بودن کانال در ولتاژهاي مختلف در محیط

200 ) مورد بررسی mM KCl cis/50 mM KCl trans)

قرار گرفت. همانطور که جدول 1 نشان می دهد احتمال باز

0/ +50 تا 50 - ، بالاي 9 mV بودن کانال در محدوده ولتاژي

بوده و کانال در این محدوده ولتاژي به صورت غیر وابسته به

ولتاژ عمل می کرد. اگرچه غشاهاي دو لایه کنترل می توانست

100 ± را تحمل نماید، اما بعد از الحاق کانال mV ولتاژهاي

+50 و منفی تر از mV به داخل غشاء، ولتاژهاي مثبت تر از

-50 سبب پاره شدن غشاء می شد، لذا ثبت گرفتن در mV

این ولتاژها امکان پذیر نبود. این مسئله پیشنهاد می کند که

را در هر ولتاژ نشان می دهد. n = مربوط به 5 Mean ± SEM ، جدول 1- میانگین احتمال باز بودن کانال در ولتاژهاي مختلف. نتایج

. (200 mM KCl cis/50 mM KCl trans) شکل 2- ثبت تک کانال از فعالیت کانالهاي کاتیونی رتیکلوم آندوپلاسمیک در ولتاژ صفر میلی ولت در محیط

Archive of SID

www.SID.ir

کانال پتاسیم غشاء رتیکلوم آندوپلاسمیک سالاري و همکاران

21 21

الحاق پروتئنهاي کانال سبب ناپایداري غشاء می شود.

4- ) برروي فعالیت کانال: اثر - 4 AP) اثر 4-آمینوپیریدین

به عنوان مهارکننده غیر اختصاصی کانالهاي پتاسیمی AP

برروي فعالیت کانال مورد بررسی قرار گرفت. شکل 5 اثر اضافه

20 در محفظه سیس را بر روي mM 4- با غلظت AP کردن

+30 نشان می دهد. قبل از اضافه mV فعالیت کانال در ولتاژ

18/47 و احتمال باز ± 1/91 pA ، 4- میزان جریان AP کردن

4- فعالیت کانال AP 0 بود، پس از اضافه کردن / بودن کانال 97

بطور کامل مهار گردید.

بر فعالیت کانال: براي بررسی توانائی نوکلئوتیدها ATP اثر

200 ). جریانهاي ثبت شده بسته به میزان نویز mM KCl cis/50 mM KCl trans) 346 در ولتاژهاي مختلف در محیط pS شکل 3- ثبت تک کانال از فعالیت کانال

900-700 فیلتر شده اند. Hz به مقدار offline پایه به صورت

را در هر ولتاژ نشان می دهد. n = مربوط به 5 Mean ± SEM ، 200 ). نقاط mM KCl cis/50 mM KCl trans) شکل 4- منحنی رابطه جریان-ولتاژ در محیط

Archive of SID

www.SID.ir

فیزیولوژي و فارماکولوژي جلد 15 ، شماره 1، بهار 1390

22 22

بر فعالیت کانال بررسی شد . ATP در تنظیم فعالیت کانال، اثر

2/5 در محفظه mM با غلظت ATP شکل 6 اثر اضافه کردن

- +30 و 40 mV سیس را بر روي فعالیت کانال در ولتاژهاي

ATP +30 قبل از اضافه کردن mV نشان می دهد. در ولتاژ

18/39 و احتمال باز بودن کانال ±0 /2 pA میزان جریان

± 1/44 pA میزان جریان ATP 0/98 بود. بعد از اضافه کردن

0 شد. در این ولتاژ تغییر / 17/44 و احتمال باز بودن کانال 98

معنی داري در میزان جریان و احتمال باز بودن کانال مشاهده

میزان ATP -40 قبل از اضافه کردن mV نشد. در ولتاژ

0/ -4/24 و احتمال باز بودن کانال 97 ± 0/32 pA جریان

± 0/68 pA میزان جریان ATP بود. بعد از اضافه کردن

0 شد . در این ولتاژ نیز / -4/32 و احتمال باز بودن کانال 98

4-AP 200 ) قبل و بعد از اضافه کردن mM KCl cis/50 mM KCl trans) +30 در شرایط mV شکل 5- ثبت از فعالیت کانال و هیستوگرام آمپلی تود جریان در ولتاژ

20 به فضاي سیس. mM با غلظت

200 ) قبل و بعد از اضافه mM KCl cis/50 mM KCl trans) +30 و 40 - در شرایط mV شکل 6- ثبت از فعالیت کانال و هیستوگرام آمپلی تود جریان در ولتاژهاي

2/5 به فضاي سیس . mM با غلظت ATP کردن

Archive of SID

www.SID.ir

کانال پتاسیم غشاء رتیکلوم آندوپلاسمیک سالاري و همکاران

23 23

تغییر معنی داري در میزان جریان و احتمال باز بودن کانال

مشاهده نشد.

بحث

در تحقیق حاضر، ما موفق به شناسایی و تعیین هویت

بیوفیزیکی یک کانال پتاسیمی جدید در غشاء رتیکلوم

اندوپلاسمیک سلولهاي کبدي شدیم . این کانال داراي

mV 346 بوده و در محدوده ولتاژي ±9/9 pS کنداکتانس

+50 تا 50 – بصورت غیر وابسته به ولتاژ عمل می کرد . این

4- ) مهار می شد، در حالی که AP) کانال توسط 4-آمینوپریدین

تاثیري بر فعالیت آن نداشت. ATP

تکنیکهاي الکتروفیزیولوژي حضور کانال هاي پتاسیمی را

،[ در غشاء ارگانلهاي سلولی مانند غشاء هسته [ 22

سارکوپلاسمیک رتیکلوم عضله مخطط اسکلتی [ 6]، قلبی

، 19 ]، غشاء داخلی میتوکندري [ 27 ] و گرانولهاي کرومافینی [ 9 ]

10 ] نشان می دهد. این کانالها براي انجام فرایندهاي مختلف

سلولی ضروري هستند . براي مثال، در میتوکندري کانال

سبب حفاظت (mitoKATP) ATP پتاسیمی حساس به

.[ میتوکندري و سلول در شرایط ایسکمی می گردد [ 29

همچنین کانالهاي پتاسیمی وابسته به کلسیم با کنداکتانس بالا

18 ] و مغز ، در غشاء داخلی میتوکندري قلب [ 23 (BKCa (کانال

27 ] شناسایی شده که احتمالا در طول اپوپتوز داراي نقش ]

حیاتی است [ 23 ]. نتایج ما یک کانال پتاسیمی با منحنی ولتاژ

50 + تا 50 - میلی mV – جریان خطی در محدوده ولتاژي

pS ولت را نشان می دهد که شیب منحنی حاکی از کنداکتانس

346 می باشد. تصاویر مشابهی براي کانالهاي پتاسیمی ±9/9

[ موجود در غشاء داخلی میتوکندري توسط تکنیک پچ کلمپ [ 4

و توسط تکنیک الحاق کانال در غشاء لیپیدي دو لایه گزارش

27 ]. هم چنین، کانال پتاسیمی با کنداکتانس ، شده است [ 2

مشابه با تجربیات ما، در غشاء سارکوپلاسمیک رتیکولوم دهلیز

[ انسان [ 7] و سارکوپلاسمیک رتیکولوم دیافراگم سگ [ 20

گزارش شده است. در نهایت منحنی جریان – ولتاژ بدست آمده

-27 mV از تجربیات ما، نشان دهنده پتانسیل معکوس شدن

~ است که بسیار نزدیک به پتانسیل تعادلی نرنست براي

می باشد. این مشاهده بوضوح نشان (EK = -34 mV) پتاسیم

می دهد که فعالیت کانال مشاهده شده (شکل 2) مربوط به

یک کانال نفوذ پذیر به کاتیون می باشد (پتانسیل تعادلی نست

+34 است). mV براي یون کلر برابر با

در آزمایش هاي ما تأثیر ولتاژ برروي احتمال باز بودن

کانال نیز مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش هاي ما نشان دادند

±50 تاثیري بر نحوه باز و بسته mV که ولتاژ در محدوده

شدن کانال ندارد. ما احتمال اینکه ولتاژهاي مثبت تر و یا منفی

50 قادر به تغییر نحوه باز و بسته شده کانال باشد را mV تر از

رد نمی کنیم اما در آزمایش هاي ما بررسی اثر ولتاژ در محدوده

±50 به دلیل ناپایداري غشاء لیپیدي دو لایه امکان mV فراتر

پذیر نبود. علاوه بر آن، فاکتور هاي دیگري نیز می توانند

مسئول رفتار باز و بسته شدن کانال باشند (مانند عناصر

سایتواسکلتون) که در زمان کار با تکنیک الحاق کانال به داخل

غشاء لیپیدي دو لایه از دست می روند.

در قسمت دیگر از مطالعات خواص فارماکولوژیک کانال

بر روي ATP توسط بررسی اثر عواملی مانند 4-آمینوپریدین و

4- یک مهار کننده AP. فعالیت کانال مورد مطالعه قرار گرفت

20mM غیر انتخابی کانالهاي پتاسیمی است . که با غلظت

سبب مهار کانال مورد مطالعه ما گردید . گزارش هاي قبلی

5 از 4-آمینوپیریدین در mM حاکی از آن است که حضور

سطح سیتوپلاسمی سبب مهار کانال پتاسیمی غشاء داخلی

میتوکندري سلولهاي کبدي می گردد [ 11 ]. همچنین کانالهاي

پتاسیمی وابسته به ولتاژ با کنداکتانس بالا نیز در سلولهاي

دهلیزي [ 19 ] و بافت بطنی [ 14 ] توسط 4- آمینوپیریدین مهار

می گردند. قابل ذکر است کانالهاي مطالعه شده در گزارش -

هاي فوق توسط یک ساب کنداکتانس همراهی می شدند. این

کانالها حساس به کلسیم نبوده و حضور یک کانال پتاسیمی

حساس به کلسیم را رد می نمودند. اما در مطالعه حاضر بدلیل

در محیط، احتمال اینکه کانال حاضر در EGTA عدم وجود

خانواده کانالهاي پتاسیمی وابسته به کلسیم قرار گیرد وجود دارد

و نیاز به مطالعه بیشتر است. حساسیت کانالهاي پتاسیمی در

4- متفاوت است. چنانکه AP غشاء ارگانلهاي سلولی به

کانالهاي موجود در غشاء سارکوپلاسمیک رتیکولوم بافتهاي

4- بطور وابسته به ولتاژ مهار AP بطنی قلب می توانند توسط

شوند، در حالیکه کانالهاي پتاسیمی سارکوپلاسمیک رتیکولوم

4- غیر حساس هستند . بنابراین AP سلولهاي دهلیزي قلب به

Archive of SID

www.SID.ir

فیزیولوژي و فارماکولوژي جلد 15 ، شماره 1، بهار 1390

24 24

نتایج ما حضور یک کانال پتاسیمی را در هپاتوسیتها تأیید

می کند که خواص فارماکولوژي و کنداکتانس مشابه با

کانالهاي گزارش شده از سارکوپلاسمیک رتیکولوم بافتهاي

قلبی دارد، اما وابستگی به ولتاژ کانالهاي سارکوپلاسمیک را

نشان نمی دهد. مطالعه قبلی ما حضور یک کانال پتاسیمی با

4- را در غشاء AP 596 و حساس به pS کنداکتانس

هپاتوسیتهاي کبدي نشان می داد که بندرت به همراه آن یک

368 ) آن، pS) جریان پتاسیمی با کنداکتانسی حدود یک سوم

یعنی مشابه با کنداکتانس کانال حاضر، همراه بود. علت اینکه

در مطالعه قبلی این جریان بندرت مشاهده می شد احتمالاً

مربوط به تغییراتی است که در تکنیک داده شده است . به

نحوي که در مطالعه قبلی، الحاق کانال از ناحیه سیس

(سیتوپلاسمی) و اعمال ولتاژ از ناحیه ترانس (لومنی ) صورت

می گرفت. در حالیکه در مطالعه حاضر، الحاق کانال و اعمال

ولتاژ از ناحیه سیس صورت گرفته و طبق مطالعات گزارش

شده، اعمال ولتاژ کمک به الحاق کانال به داخل غشاء دو لایه

می نماید. بنابراین بنظر می رسد جریان پتاسیمی بدست آمده

368 گزارش شده pS در مطالعه حاضر همان جریان پتاسیمی

25 ] باشد. در مطالعات قبلی، گزارش نمودیم که کانال ]

می باشد . به نحوي که ATP 596 حساس به pS پتاسیمی

در ناحیه سیتوپلاسمی بطور وابسته به دوز سبب ATP حضور

سبب فعالیت ADP-Mg مهار کانال می گردید در حالیکه

.[ کانال می شود [ 1

براي اولین بار در غشاء ATP کانالهاي حساس به

پلاسمایی بافت قلب شناسایی گردید [ 17 ] و پس از آن در

پانکراس، -β بسیاري از سلولهاي تحریک پذیر مانند سلولهاي

نورونها، میوسیتهاي قلبی، سلولهاي عضله صاف و مخطط

و همکاران [ 15 ] گزارش Mahli شناسایی شد [ 24 ]. بعلاوه

در SUR مربوط به 1 mRNA و Kir کردند که سابیونیت 6.1

هپاتوسیتهاي موش صحرایی شناسایی شده است. هم چنین،

در غشاء میتوکندري شناسایی گردیده است KATP کانالهاي

مهار می شوند. علی رغم اینکه ATP 29 ]. این کانالها توسط ]

596 حساس به pS در مطالعه قبلی نشان دادیم کانال پتاسیمی

است، مطالعه حاضر حضور کانال جدید پتاسیمی با ATP

را نشان می دهد . ATP 346 و غیر حساس به pS کنداکتانس

لازم به ذکر است که در ادامه مطالعات اثر گلی بنکلامید و

بر KATP تولبوتامید بعنوان مهارکننده هاي اختصاصی کانال

مورد بررسی قرار گرفت ATP روي کانال پتاسیمی حساس به

و اثر مهاري آنها مشاهده شد (مقاله در دست تهیه است ).

596 مشاهده pS بنابراین به نظر می رسد که کانال پتاسیمی

قرار دارد در حالیکه KATP شده در خانواده کانالهاي پتاسیمی

346 شناسایی شده در مطالعه حاضر در pS کانالهاي پتاسیمی

خانواده هاي دیگر کانالهاي پتاسیمی قرار دارد که جهت طبقه

بندي آن نیاز به مطالعه بیشتري است.

بطور خلاصه در مطالعه حاضر، یک کانال پتاسیمی با

کنداکتانس نسبتاً بالا در غشاء اندوپلاسمیک رتیکلوم

هپاتوسیت هاي کبدي شناسایی گردید. احتمالاً این کانال نقش

مهمی را در فرآیندهاي سلولی مانند جبران شارژهاي الکتریکی،

تنظیم حجم سلول، حفاظت سلولی و اپوپتوز دارا pH تشکیل

می باشد. عدم تأثیر ولتاژ روي باز و بسته شدن کانال نشان

دهنده آن است که کانال کاندیداي خوبی براي تنظیم از طریق

پیام رسانی سلولی در زمان عمل سلول و حفاظت سلولی است.

سپاسگزاري

در پایان از مرکز علوم اعصاب دانشگاه شهید بهشتی که حمایت مالی

این پروژه را بر عهده داشتند و آقاي جواد فحانیک بابائی که در تهیه لیپید

مورد نیاز، نهایت همکاري را داشتند، قدردانی می گردد.

References

[1] Ashrafpour M, Eliassi A, Sauve R, Sepehri H, Saghiri R

ATP regulation of a large conductance voltage-gated

cation channel in rough endoplasmic reticulum of rat

hepatocytes. Arch Biochem Biophys 471 (2008) 50-56.

[2] Bednarczyk P, Potassium channels in brain

mitochondria. Acta Biochim Pol 56 (2009) 385-392.

[3] Busija DW GT, Domoki F, Katakam PV, Bari F,

Mitochondrial-mediated suppression of ROS production

upon exposure of neurons to lethal stress: mitochondrial

targeted preconditioning. Adv Drug Deliv Rev 60

(2008)1471-1477.

Archive of SID

www.SID.ir

کانال پتاسیم غشاء رتیکلوم آندوپلاسمیک سالاري و همکاران

25 25

[4] Cheng Y, Gu XQ, Bednarczyk P, Wiedemann FR,

Haddad GG, Siemen D, Hypoxia increases activity of

the BK-channel in the inner mitochondrial membrane

and reduces activity of the permeability transition pore.

Cell Physiol Biochem 22 (2008) 127-136.

[5] Choma K BP, Koszela-Piotrowska I, Kulawiak B, Kudin

A, Kunz WS, Dolowy K, Szewczyk A, Single channel

studies of the ATP-regulated potassium channel in brain

mitochondria. J Bioenerg Biomembr 41 (2009) 323-

334.

[6] Coronado R, Rosenberg RL, Miller C, Ionic selectivity,

saturation, and block in a K+-selective channel from

sarcoplasmic reticulum. J Gen Physiol 76 (1980)

425-446.

[7] Cote K, Proteau S, Teijeira J, Rousseau E,

Characterization of the sarcoplasmic reticulum k(+) and

Ca(2+)-release channel-ryanodine receptor-in human

atrial cells. J Mol Cell Cardiol 32 (2000) 2051-2063.

[8] De Marchi U SN, Fioretti B, Catacuzzeno L, Cereghetti

GM, Szabo I, Zoratti M, Intermediate conductance Ca2+-

activated potassium channel (KCa3.1) in the inner

mitochondrial membrane of human colon cancer cells.

Cell Calcium 45 (2009) 509-516.

[9] Hordejuk R, Lobanov NA, Kicinska A, Szewczyk A,

Dolowy K, pH modulation of large conductance

potassium channel from adrenal chromaffin granules.

Mol Membr Biol 21 (2004) 307-313.

[10] Hordejuk R, Szewczyk A, Dolowy K, The heterogeneity

of ion channels in chromaffin granule membranes. Cell

Mol Biol Lett 11 (2006) 312 - 325.

[11] Inoue I, Nagase H, Kishi K, Higuti T, ATP-sensitive K+

channel in the mitochondrial inner membrane. Nature

352 (1991) 244 - 247.

[12] Kan F JM, Paiement J, Freeze-fracture analysis of the

effects of intermediates of the phosphatidylinositol cycle

on fusion of rough endoplasmic reticulum membranes.

BBA-Biomembranes 1107 (1992) 331 - 341.

[13] Kulawiak B BP, Reconstitution of brain mitochondria

inner membrane into planar lipid bilayer. Acta

Neurobiol Exp (Wars) 65 (2005) 271 - 276.

[14] Liu QY, Rasmusson RL, Liu QX, Strauss HC, Voltagedependent,

open channel blockade of the cardiac

sarcoplasmic reticulum potassium channel by 4-

aminopyridine. Can J Cardiol 14 (1998) 275 - 280.

[15] Malhi H, Irani AN, Rajvanshi P, Suadicani SO, Spray

DC, McDonald TV, Gupta S, KATP channels regulate

mitogenically induced proliferation in primary rat

hepatocytes and human liver cell lines. Implications for

liver growth control and potential therapeutic targeting.

J Biol Chem 275 (2000) 26050 - 26057.

[16] Mueller P RD, Tien H, Wescott W, Reconstitution of

cell membrane structure in vitro and its transformation

into an excitable system. Circulation 26 (1962) 979 -

980.

[17] Noma A, ATP-regulated K+ channels in cardiac muscle.

Nature 305 (1983) 147 - 148.

[18] Ohya S, Kuwata Y, Sakamoto K, Muraki K, Imaizumi

Y, Cardioprotective effects of estradiol include the

activation of large-conductance Ca(2+)-activated K(+)

channels in cardiac mitochondria. Am J Physiol Heart

Circ Physiol 289 (2005) 1635 - 1642.

[19] Picard L, Cote K, Teijeira J, Greentree D, Rousseau E,

Sarcoplasmic reticulum K+ channels from human and

sheep atrial cells display a specific electropharmacological

profile. J Mol Cell Cardiol 34 (2002)

1163 - 1172.

[20] Picher M, Decrouy A, Rousseau E, Conducting and

voltage-dependent behaviors of potassium ion channels

reconstituted from diaphragm sarcoplasmic reticulum:

comparison with the cardiac isoform. Biochim Biophys

Acta 1279 (1996) 93 - 103.

[21] Puducherry I, Potassium channels in health, disease &

development of channel modulators. Indian J Med Res

129 (2009) 223 - 232.

[22] Quesada I RJ, Martin F, Roche E, Nadal A, Soria B,

Nuclear KATP channels trigger nuclear Ca(2+)

transients that modulate nuclear function. Proc Natl

Acad Sci U S A 99 (2002) 9544 - 9549.

[23] Sato T, Saito T, Saegusa N, Nakaya H, Mitochondrial

Ca2+-activated K+ channels in cardiac myocytes: a

mechanism of the cardioprotective effect and

modulation by protein kinase A. Circulation 111 (2005)

198 - 203.

[24] Seino S, ATP-sensitive potassium channels: a model of

heteromultimeric potassium channel/receptor

assemblies. Annu Rev Physiol 61 (1999) 337 - 362.

[25] Sepehri H, Eliassi A, Sauve R, Ashrafpour M, Saghiri R,

Evidence for a large conductance voltage gated cationic

channel in rough endoplasmic reticulum of rat

hepatocytes. Arch Biochem Biophys 457 (2007) 35 - 40.

Archive of SID

www.SID.ir

فیزیولوژي و فارماکولوژي جلد 15 ، شماره 1، بهار 1390

26 26

[26] Singleton W GM, Brown M, White J,

Chromatographically homogeneous lecithin from egg

phospholipids. J Am Oil Chemist Soc 42 (1965) 53 - 56.

[27] Skalska J, Bednarczyk P, Piwonska M, Kulawiak B,

Wilczynski G, Dolowy K, Kudin AP, Kunz WS,

Szewczyk A, Calcium ions regulate K+ uptake into brain

mitochondria: The evidence for a novel potassium

channel. Int J Mol Sci 10 (2009) 1104 - 1120.

[28] Szabo I BJ, Grassme H, Soddemann M, Wilker B, Lang

F, Zoratti M, Gulbins E, Mitochondrial potassium

channel Kv1.3 mediates Bax-induced apoptosis in

lymphocytes. Proc Natl Acad Sci USA 105 (2008)

14861 - 14866.

[29] Szewczyk A, Jarmuszkiewicz W, Kunz WS,

Mitochondrial potassium channels. IUBMB Life 61

(2009) 134 - 143.

کانال پتاسیمی

 

598 از یک کانال pS مشاهده گردید. جریان ،(RER) 598 و 368 در غشاء اندوپلاسمیک رتیکلوم pS مقدمه: در مطالعات قبلی ما، دو جریان پتاسیمی با کنداکتانسهاي

368 بندرت مشاهده می گردید، ماهیت آن در هاله اي از ابهام pS عمل می کرد، ناشی می شد. ولی از آنجائی که جریان ATP پتاسیمی وابسته به ولتاژ که به صورت حساس به

نقش مهمی در سیگنالیگ داخل سلولی و حفاظت سلولی ایفا می کنند، تعیین RER باقی ماند. از آنجائی که کانالهاي کاتیونی ارگانلهاي داخل سلولی همچون میتوکندري و

خصوصیات بیوفیزیک و فارماکولوژیک این کانالها اهمیت دارد.

از از زرده تخم مرغ تازه استخراج گردید، غشا (PC; روش ها: از روش ثبت تک کانال متعاقب الحاق آن در غشاء لیپیدي دو لایه استفاده شد. فسفاتیدیل کولین (لیپید غشا

در منفذ 150 میکرون تشکیل شد. اندوپلاسمیک رتیکلوم دانه دار توسط هموژنیزاسیون و چندین مرحله اولتراسانتریفیوژ از کبد بدست آمد. تمام ثبت ها (BLM) لیپیدي دو لایه

Markov’s noise free single channel ذخیره می گردید. آنالیز اماري بر اساس متد clampfit جهت آنالیز توسط 9 kHz فیلتر و با سرعت نمومه برداري 10 kHz در 1

صورت گرفت. analysis

+50 تا 50 - به صورت غیر وابسته به ولتاژ عمل می کرد و در کلیه ولتاژها mV 346 مشاهده شد که در محدوده ولتاژي pS یافته ها: یک کانال پتاسیمی با کنداکتانس

20 فعالیت کانال را مهار می کرد این در حالی است که mM 4- در دوز AP 0 را نشان می داد. مهارکننده هاي غیر اختصاصی کانالهاي پتاسیمی همچون / بالاتر از 9 Po

تأثیري بر فعالیت کانال نداشت. ATP نوکلئوتیدهاي داخل سلولی همچون

ATP 598 مشاهده شده در تحقیق قبلی، حساس به pS 346 مشاهده شد که بر خلاف کانال pS نتیجه گیري: در این مطالعه یک کانال پتاسیمی جدید با کنداکتانس

نمی باشد. این کانال احتمالا در حفظ هوموستاز کلسیم و حفاظت سلولی نقش داشته باشد.

BLM ، واژه هاي کلیدي: رتیکولم آندوپلاسمیک، کانال پتاسیمی

بررسی اثر کانال های پتاسیمی حساس به ATP و کلسیمی وابسته به ولتاژ بر خاصیت ضد ‌دردی مورفین درموش های

عنوان به زبان اصلی:

بررسی اثر کانال های پتاسیمی حساس به ATP و کلسیمی وابسته به ولتاژ بر خاصیت ضد ‌دردی مورفین درموش های دیابتی شده با آلوکسان

چکیده پایان نامه به زبان اصلی:

نقش ضددردی مورفین از سال‌های دور شناخته شده است. نقش ضددردی کانال‌های پتاسیمی و کلسیمی نیز در حیوانات آزمایشگاهی گزارش شده است. با توجه به اثرات نامطلوب مورفین مانند اعتیاد، تلاش برای یافتن جایگزین‌های مناسب برای آن ادامه دارد. از طرف دیگر، در بیماری دیابت که یک بیماری شایع است، حساسیت نسبت به درد در مقایسه با موجود غیردیابتی بیشتر است. بنابراین این احتمال وجود دارد که ارسال پیام درد تحت تاثیر اثرات نامطلوب دیابت قرار می‌گیرد. در مطالعه حاضر اثرات ضد‌دردی مورفین و مسدودکننده‌های کانال‌های پتاسیمی و کلسیمی در موشهای سالم و دیابتی مقایسه شد. برای بررسی اثرات ضددردی در موش‌های کوچک آزمایشگاهی ار نژاد NMRI از تست صفحه داغ استفاده شد. داروهایی که ستفاده شدند عبارت بودند از مورفین، گلایبنکلامید (مسدود کننده کانال‌های پتاسیمی حساس به ATP)، نیمودیپین (مسدود کردن کانال‌های کلسیمی) و آلوکسان به عنوان القاکننده دیابت. همه داروها بصورت داخل صفاقی تزریق شدند. حیوانات به دو دسته دیابتی و غیر دیابتی تقسیم شدند. برای دیابتی کردن، دوز 200 میلی‌گرم/کیلوگرم آلوکسان در سه روز متوالی تزریق شد و 72 ساعت پس از آخرین تزریق، گلوکز ناشتای خون اندازه‌گیری و سطح گلوکز بالای 1/11 میلی مول در لیتر بعنوان معیار دیابتی شدن انتخاب گردید. نتایج آزمایش‌ها نشان داد که مورفین در دوزهای 10 و 15 میلیگرم/کیلوگرم در موش‌های سالم و دیابتی اثرات ضددردی القا نمود، اما اثر ضددردی مورفین در دوز 5/7 میلی‌گرم/کیلوگرم در موش‌های دیابتی در مقایسه با موش‌های سالم بطور معنی‌داری کاهش یافت. تزریق داخل صفاقی مسدود کننده کانال‌های پتاسیمی حساس به ATP، گلایبنکلامید (4، 8، 12 و 20 میلیگرم/کیلوگرم) در موش‌های سالم اثرات ضد‌دردی نشان نداد، اما گلایبنکلامید 20 میلیگرم/کیلوگرم در موش‌های دیابتی اثرات ضددردی ایجاد کرد. همچنین مسدود کردن کانال‌های کلسیمی با نیمودیپین (5/2، 5، 10 و 20 میلیگرم/کیلوگرم) در موش‌های سالم خاصیت ضددردی نشان نداد، درحالیکه در موش‌های دیابتی این دارو در دوزهای 10 و 20 میلیگرم/کیلوگرم خاصیت ضددردی القا نمود. تزریق هر دوی گلایبنکلامید (12 و 20 میلیگرم/کیلوگرم) و نیمودیپین (5 و 10 میلیگرم/کیلوگرم) همراه با دوز بی‌اثر مورفین در موش‌های دیابتی خاصیت ضددردی القا نمود. با توجه به نتایج بدست آمده می‌توان نتیجه گیری نمود که دیابت با تحت تاثیر قراردادن گیرنده‌های اوپیوئیدی در مسیر‌های عصبی انتقال درد و همچنین کانال‌های یونی مانند کانال‌های پتاسیمی و کلسیمی، موجب تغییر در پردازش عصبی پیام‌های درد می‌شود.

سلولهای تحریک پذیر:

1.نورونها )همه(و سلولهای عضلانی)برخی(.واحد اختلاف پتانسیل استراحت:میلی ولت.

عامل مولد RMP :نفوذ پذیری غشا و یونهای پتاسیم و سدیم و کلر.

حافظ RMP 1 کانال های یونی:انواع: 1.نشتی - : (leaky) :نشت یون ازاین کانال.)برای سدیم به داخل و

پتاسیم رو به خارج(

2.لیگاندی gated) (:لیگاند:ماده شیمیایی که با تصال به کانال ،کانال را میبندد یا باز میکند .

3 .حساس به ولتاژ:وجود هم برای سدیم و هم برای پتاسیم:باز یا بسته شدن با تغییر ولتاژ غشا.

نکته: فقط کانال لیگاندی غیر اختصاصی اند.

2 پمپ سدیم پتاسیم:اصلاح تغییرات غشا تا – - mV5

کانال های حساس به ولتاژ سدیم:متشکل از 2 زیر واحد α :ویژگی زیر واحد بزرگ و دارای 2 gate

جلسه