Membránfúzió

A membránfúzió (neurofiziológia) biokémiai folyamatra utal az idegsejtekben, ahol a gerjesztést továbbító szinaptikus vezikulum neurotranszmitterekkel van feltöltve a preszinaptikus membránon lecsípett exocitózison és a neurotranszmitter molekulákon keresztül (pl. Acetilkolin, γ-amino-vajsav) A szinaptikus rés felszabadul, onnan továbbítják a jelet a downstream célsejthez (pl. mirigysejtek, izomsejtek, idegsejtek ).

Alapok

Citoszkeleton

A sárgával és kékkel jelölt fehérjeszálak állványfehérjékként alkotják a citoszkeletont

A citoszkeleton számos fehérje hálózata, amelyek az összes eukarióta sejt intracelluláris terét szegélyezik , és felelősek a sejten belüli bizonyos anyagcsere- és transzportfolyamatokért. A sejtosztódás , u. amely mitózisból és citokinézisből áll, a citoszkeleton bizonyos fehérjeszálai indukálják.

A citoszkeletont alkotó fehérjék öt különböző kategóriába sorolhatók: áthidaló fehérjék , korlátozó fehérjék , szabályozó fehérjék , motoros fehérjék és állványfehérjék . Ez utóbbi kettő alapvető szerepet játszik a membránfúzióban.

A sejt fehérjeszerkezete több összetevőből áll. Egyrészt az a tubulin meglévő mikrotubulus másrészt azok honnan aktin meglévő mikrofilamentumok . A sejt mikrotubulusai és mikroszálai mikrofibrillumokká vannak csoportosítva. Mivel azonban a membránfúzió idegsejtekhez kapcsolódik , neurotubulusokról és neurofilamentumokról beszélünk, amelyek neurofibrillumokként vannak csoportosítva. Ahogy vázfehérjékkei , azok osztályába tartoznak Citoszkeletális fehérjék .

Míg az aktin által előállított (kb. 10 nm széles) idegszálak elsősorban a sejt erősségét támogatják, addig a neurotubulusnak (kb. 25 nm széles és belül üreges) már más feladatai is vannak, például axonális transzport anterográdban és retrográd irányban egyaránt.

A plusz és mínusz pólusok egyértelmű irányt adnak a mikrotubulusnak, ami nagy jelentőséggel bír az axonális szállítás szempontjából

A mikrotubulus szervezése

A mikrotubulusok csőszerű fehérjeszálak, amelyek a citoszkeleton részét képezik. Két alapvető tubulin -molekula alkotja a mikrotubulust, és negatív és pozitív töltéseket hoz létre a mikrotubulusok felületén. Az α-tubulin negatív töltésével az egyik végét (lásd mínusz végét), a β-tubulin pedig pozitív töltésével a másik végét (lásd a plusz végét) veszi egy úgynevezett protofilamentumnak. E protofilamentumok közül több összeáll, és mikrotubulusokat képez .

A mikrotubulusnak meghatározott iránya van, amelyet a negatív pólus rögzítése okoz a mikrotubulus -szervező központban (MTOC a mikrotubulus -szervező központban ), amelyet például centriolok képezhetnek. Mivel azonban a felnőtt idegsejtekben nincsenek centriolok, ami az osztódási képesség elvesztését eredményezi , az MTOC ebben a sejttípusban másképpen van megszervezve. A pozitív pólus a távolabbi, azaz a sejttesttől ( perikaryon ) távolabbi idegsejtekben végződik , áthalad az axonon, és végül a szinaptikus végbuborékba nyílik.

Axonális szállítás

A következőkben az axonális transzport a szinaptikus vezikulákkal kapcsolatos, amelyek a sejttestben, a perikariionban szintetizálódnak. A távadó molekulákat ezután a Golgi készülék úgy csomagolja , hogy a hólyagok készen állnak a szinaptikus végső izzóba történő szállításra. Ezt a neurotubulus-függő transzportot gyors axon transzportként (50–400 mm / nap) is összefoglaljuk, ettől megkülönböztetjük a lassú axon transzportot (0,2–5 mm / nap). A lassú axonális transzport azonban elhanyagolható szerepet játszik a membránfúzióban.

Tipikus szerkezet, amely faroktartományból és motortartományból áll

Az adott motorfehérjétől függően a neurotubulus-függő transzport vagy anterográdban (a szinapszis felé), vagy retrográd (perikaryon) irányban történik. Az ezért felelős motoros fehérjék, amelyek a citoszkeletális fehérjék kategóriáját képezik, a kinezin , a dynein és a miozin . Ezeknek a motorfehérjéknek tipikus szerkezetük van. A motor domén a neurotubulusokhoz kötődik, és biztosítja a fehérjeszálak mentén történő mozgást, míg a farokdomén megköti a szinaptikus vezikulákat, amelyek transzmitter molekulákat tartalmaznak, és magával húzza őket. A mozgás a tubulin -molekulák különböző töltéseinek alapja . Mivel a dynein felelős a retrográd transzportért, a kinezin és a miozin alkalmasak a vezikulumok axonális transzportjára a szinaptikus végső izzóba. Mégis van különbség: a kinezin valójában kötődik a neurotubulushoz, és szállítja a vezikulákat és a sejtorganellákat, míg a miozin a citoszkeleton aktinszálaihoz kötődik, de szállítja a hólyagokat is, és képes mozgatni őket, és exocitózist (és más összehúzódásokat) okozhat.

A motor domén a mikrotubulushoz, a farok domén a vezikulához kötődik

Miután a vezikulumok kialakultak a Golgi -készüléken, kötődnek a motoros fehérjékhez, a kinezinhez és a miozinhoz, amelyeket a vezikulumok a szinaptikus végső izzóba szállítanak . Ott a vezikulák leválnak a motoros fehérjékről, és más membránfehérjéken keresztül kötődnek a végbuborék más fehérjeszálaihoz, így a szinaptikus vezikulák rendelkezésre állnak a membránfúzióhoz.

Szinaptikus hólyagok

Számos membránfehérje ( SNARE -komplex) katalizálja az exocitózist, amikor akciópotenciál -jel érkezik

A szinaptikus vezikulák, azaz azok a vezikulák, amelyeket a Golgi -készülék képez, és amelyek a szinapszisban jelátvitelre szolgáló adó -molekulákat tartalmaznak , tipikus finom szerkezetűek. Alapvető szerepet játszanak az úgynevezett SNARE fehérjék (angol rövidítés: oldható N-etilmaleimid-érzékeny-faktor kötődési receptor) . Számos membrán fehérjék, mint például synaptobrevins , synaptotagmins és synaptophysins a membrán a hólyagocskák . Katalizálják a vezikulumok szállítását és az exocitózist a preszinaptikus membránon.

De mindenekelőtt a hólyagok szinapszinokon, vékony membránfehérjéken keresztül kapcsolódnak a citoszkeleton fehérjeszálaihoz, amelyek áthaladnak a szinaptikus végbuborékon. Ezek a szinapszinok biztosítják, hogy a hólyagok az exocitózis következtében ne csavaródjanak le önkényesen, és ne engedjenek neurotranszmittereket .

A SNARE fehérjék tipikus szerkezetűek, mint egy peptid. A ( ) aminocsoporttal rendelkező N-terminális pozitív töltésű a szervezetben a C-terminális ( ) karboxilcsoportjának H-atomjának hozzáadásával , míg a C-terminális karboxicsoportja ( ) a H atom, következésképpen negatív töltés feltételezi ( ). A negatív és pozitív parciális töltések később fontos szerepet játszanak a membránfúzióban (lásd ikerion ).

Membránfúzió

A vezikulumok membránfehérjék és a preszinaptikus membrán receptorfehérjéi közötti kölcsönhatások lehetővé teszik az exocitózis folyamatát

Ha az akciópotenciál eléri a szinaptikus végső izzót az axonon keresztül történő gerjesztés következtében , akkor a szinaptikus résbe neurotranszmitterek szabadulnak fel, amelyek izgató vagy gátló hatást mutatnak a célsejtre (effektor). Az adó molekulák felszabadulását vagy a vezikulák preszinaptikus membránon történő összehúzódását egy akciós potenciál indukálja, amely feszültségfüggő csatornákat nyit meg, ami kalciumionok beáramlását eredményezi. A kalciumionok növekvő koncentrációja bizonyos enzimeket aktivál, beleértve a kalmodulin-függő protein- kinázt II . Ez az enzim foszforilálja a szinapszinokat, amelyek összekötik a szinaptikus vezikulákat a citoszkeleton fehérjeszálaival. A foszforiláció pontosan meglazítja ezeket a kötéseket, és a vezikulumok teljesen leválnak a fehérjeszálakról.

Amint azt már fentebb leírtuk, a motoros miozin fehérje képes anterográd hólyagokat szállítani és exocitózist indukálni. Azáltal, hogy felszabadítják a hólyagokat a fehérjeszálaktól, mostantól rendelkezésre állnak a preszinaptikus membrán irányába történő további szállításhoz. A miozin faroktartományához kötve a hólyagok tovább szállítódnak, amíg az exocitózis révén végleg le nem csípik őket.

Bizonyos membránfehérjék, úgynevezett neurexinek és szintaxinok is megtalálhatók a preszinaptikus membránon . A fehérjék fentebb említett különböző részleges töltései miatt az N és C terminálisokon a vezikulumok membránfehérjéi kölcsönhatásba lépnek a preszinaptikus membrán receptor fehérjeivel. A SNARE komplexek felhalmozódnak, és exocitózis léphet fel: A hólyagok lecsípődnek, és az adók felszabadulnak.

A neurotoxinok hatásai

Bizonyos neurotoxinok képesek beavatkozni az idegsejtek jelátvitelébe, és gátolni a membránfúziót. Az egyik legismertebb erre alkalmas neurotoxin a botulinum toxin (BTX), amely számos neurotoxikus fehérjét tartalmaz, amelyeket a Clostridium botulinum baktérium törzsei választanak ki . Az emberi szervezetben megakadályozza a transzmitter molekulák felszabadulását. Ennek következményei a légzésbénulás és a szívmegállás. A vezikulák összehúzódását megakadályozza az a tény, hogy a BTX bizonyos típusai, beleértve a B, D, F és G típusokat, lebontják a fehérje komplexeket a vezikulum membránján, beleértve a SNARE fehérje szinaptobrevint is. A C típus viszont elpusztítja a receptor fehérje szintaxint. Mivel ezek a fehérjék képezik a membránfúzió alapját, erre már nem kerülhet sor.

Lásd még

irodalom

  • Martin Trepel: Neuroanatómia - szerkezete és funkciója. 6. kiadás. Elsevier / Urban & Fischer, München 2015, ISBN 978-3-437-41287-5 .
  • Michael Schuler, Werner Waldmann (szerk.): Health Altlas Anatomy. Az emberi test és funkciói több mint 600 illusztrációban. Naumann & Göbel Verlag, Köln 2009, ISBN 978-3-625-12654-6 .

web Linkek

Egyéni bizonyíték

  1. ↑ Neurotubulusok - biológiai lexikon . ( Spektrum.de [megtekintve 2017. október 20 -án]).
  2. ↑ szinaptikus hólyagok - Lexicon of Biology . ( Spektrum.de [megtekintve 2017. október 20 -án]).
  3. ↑ SNARE - Lexicon of Biology . ( Spektrum.de [megtekintve 2017. október 20 -án]).
  4. ↑ Synapsine - Encyclopedia of Neuroscience . ( Spektrum.de [megtekintve 2017. október 20 -án]).
  5. ↑ Kalcium-kalmodulin-függő protein-kináz II-az idegtudomány lexikona . ( Spektrum.de [megtekintve 2017. október 20 -án]).
  6. ^ Membránfúzió - biológiai lexikon . ( Spektrum.de [megtekintve 2017. október 20 -án]).
  7. ^ DocCheck Medical Services GmbH: Botulinum toxin - DocCheck Flexikon. Letöltve: 2017. október 20 .