מבוא לפיזיולוגיה
מבוא לפיזיולוגיה פרופסור יואב קבנצ'יק חלק א' :התא כיחידה תפקודית http://teachline.ls.huji.ac.il/~72336/LectureNotes.html שעור : 8ווסות תוכן התא ונוזלי הגוף מנגנוני וויסות pHתאי באמצעות המשחלפים NHEוAE1- HCO3- AE1 ClH+ NHE Na + בקרת pHבתאים כל התאים מווסתים pHתוך תאי בטווח מצומצם .המנגנונים התומכים בוויסות pHנועדו להקנות לפעילויות התאיות תנאים אופטימליים אך גם תנאי היחלצות מעודפי חומצה או בסיס שיכולים לפגוע בהם בצורה בלתי הפיכה. ל pH-השפעה מכרעת על פעילויות תאיות ובבקרת גידול תאים. מעורבותם של נשאי H +ו HCO3- -הן מרכזיות בתהליכים אלה )גם בבקרת נפח(. עבור כל חומצה או בסיס מתקיים שווי המשקל H++B H+B H+Bהיא מוגדרת כחומצה שכן היא מוסרת +Hו B -הוא בסיס הכמקבל .+H ][H + ][B ][H + B Kהוא קבוע הדיסוציאציה ][B ] [BH + ובצורה הלוגריתמית: =K pH = pK + log רוב החומצות ובסיסים הטבעיים הם בעלי קבועי דיסוציאציה קטנים )בתחום של (M 7- 10-8-10ולכן ב pH 7-רק 1/1000מן החומצה או הבסיס יהיו בצורה חופשית OUT Bבסיס חלש + BH in + Bin+H in IN + B out+ H out [H + ] out[B]out [H+ ] in[B] in = [BH+ ] out [BH+ ] out BH out = K [B] out =[B] in במצב שווי משקל + ולכן + + [H ] in [BH ] in = + + [H ] out [BH ] out מכאן נובע כי מדור תוך-תאי בעל pHגבוה ,כגון מיטוכונדריון ,יצבור חומצה חלשה ואילו מדור חומצי כגון ליזוזום ,יצבור בסיס חלש .מתוך יחסי הריכוזים של בחן Aאו B ניתן לחשב את ה pH-התוך מדורי .ברור כי קיומם של מדורים שונים בתא יכול להטות מדידת ה pH-של התא השלם. 1 מדידת pHתוך-תאי שימוש בבחנים העוברים שינויים ספקטרוסקופים עיקרון הפעולה מבוסס על ההנחה כי רק הצורה הבלתי טעונה של הבחן )שהוא עצמו בסיס או חומצה( יכולה לחצות קרומים בדיפוסיה פשוטה OUT IN Aחומצה חלשה H+ + Ain in HA in H + + Aout out HA out אם ה pKa-של החומצה שווה בשני המדורים - - + ,אזי + [H ] out [A ] out [H ] in [A ] in = =K [HA] out [HA] in במצב שווי משקל יהיה [HA] out = [HA] in - , ולכן + [H ] in [A ] out = + [H ] out [A ]in ניתן גם למדוד pHתוך-תאי באמצעות אלקטרודה ייחודית ובבחנים שזהירתם היא תלוייתpH בסיסים או חומצות חלשות שתכונותיהן )בליעת אור או זהירה( משתנים עם ה- pHמשמשים כבחני pHתוך תאי בתאים חיים 2 חמרים שזהירתם תלויה ב pH -מוחדרים לתאים כפרקורסורים .שנויים בpH - מתבטאים בשנוי זהירה )(fluorescence אותם ניתן לכמת כושר ביפור קיבול הבופר ) (βשל תמיסה כלשהי מוגדר ככמות הבסיס או החומצה שיש להוסיף על מנת לשנות ה pH-ביחידה אחת: )d (acid or base =β dpH יחידות של β: mmol/l/pH הבופרים הם או מן הסוג ה"סגור" שכמותו אינה משתנה )כגון חלבונים או זרחות(, או מן הסוג ה"פתוח“ ,שכמותו יכולה להשתנות )החשוב מן הסוג הוא הצמד ) .CO2/ HCO3-מאחר ו CO2-חוצה קרומיות במהירות ,ריכוזו יהיה שווה בתוך − המשקל התא ומחוצה לו יתקיים שווי הבאCO 2 + H 2 O ⇔ H 2 CO 3 ⇔ H :+ + HCO 3 ריכוזו של HCO3-יהיה איפא מותנה בריכוז .+H הקיבול המירבי של בופר סגור יתקיים כאשר .pH ≅ pK קיבול של בופר פתוח יגדל ככל שעולה ה pH-התוך-תאי ,שכן הוא תלוי בריכוז הבופר שגדל בהתאמה .היישום העיקרי של קיבול בופר הוא במדידת פעילותן של מערכות טרנספורט מתוך מדידת שינויי pHתוך תאי: dpHi/dt(pH/min)=JH(mmol/l•min) • β(mmol/l ) • pH רוב הנתונים מורים כי בופר CO2/HCO3-היא החשובה ביותר בתאי בע"ח. מנגנוני בקרת pHבתאים היונים העיקריים המעורבים בשנוי pHבתאים הם ה - OH-,H+ו HCO3. .מערכת תגובות הפיכות של CO2 , OH-,H +ו - HCO3 - נפוצה בתאים שונים ומהווה את הבופר הביולוגי האוניברסלי CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ H+ + HCO3- שטף חומצי חוצה = בסיס פנימה CO2 + OH - ↔ HCO3מערכות טרנספורט שמשנות את רמת ה -+H או( - OHאו ) HCO3-בתאים בכוחן לשמש מנגנוני בקרת pHתאי שטף חומצי פנימה = בסיס החוצה Cl)AE1(2,3 NCC HCO3Na+ 3 HCO3- - Na+ K+ HCO3- H+ H+ ATP H-pump H++ H-Kpump ATP H+ H-channel Cl - Na+ 2 HCO3- NaH Cl - )AE1(2,3 NCC 3 שטף חומצי חוצה = בסיס פנימה משחלף (NHE) Na+/H+ Na+ מתווך שחלוף אלקטרונויטרלי .1:1 מנצל את פעולתה של משאבת הנתרן, , Na,K-ATPaseהמקיימת מפל היכול להוציא פרוטונים החוצה גם נגד הפל האלקטרוכימי של ה .H-זהו מנגנון ההגנה העיקרי כנגד העמסת חומצה בתאי חולייתנים .ביחד עם נשאים אחרים הוא מתווך העברת NaClדרך אפיתל ומבקר את נפח התא. NHE H+ +Na הגן שובט וקודד :נראים 10-12רצפים טרנסממברנליים .השליש ה C-טרמינלי מהווה לולאה ציטופלסמטית; הורדתו מבטלת בקרת הנשא ע"י גורמי גידול. ATP Na+ K+ משאבות פרוטונים בפטריות מצויה משאבה אלקטרוגנית מסוג .P H,K-ATPase שואבת Kאל תוך התא ומפרישה .Hתאי האפיתל של הקיבה מפרישים פרוטונים להחמיצת המזון .חלבון קרומי ) (kDa 114חוצה הקרום 8 פעמים .מראה הומולוגיה למשאבות אחרות באתר קישור ל.ATP- H-ATPaseמסוג F0F1מצוי בקרום המיטוכונדריה והכלורופלסטים שם היא משמשת בעצם לסינתזה של ATPתוך שימוש בכח המניע של .∆ΨH+ NaK-ATPase שטף חומצי חוצה = בסיס פנימה H+ K+ H-pump ATP H-K pump ATP H++ H+ V/F1F0pump H-ATPaseמסוג V F1F0היא אלקטרוגנית ומאפיינת קרומי אברונים תוך-תאיים כגון ליזוזומים ,איבר גולג'י ,אנדוזומים ,,שלפוחיות הפרשה וכו' .המשאבותמורכבות מ 1-ועד 10תת- יחידות. מוליכות לפרוטונים מצויה בסוגי תאים כגון נוירונים של חלזונות ,תאים אלבאולריים ומקרופאגים. המוליכות מתווכת ע"י תעלה הנפתחת כתוצאה מדפולריזציה הנגרמת ע"י ירידה קיצונית ב pH-התאי או עליה ב pH-החוץ תאי. שטף חומצי חוצה = בסיס פנימה H+ Na + משחלף Na(HCO3)2/Cl מצוי בתאים של חסרי חוליות שונים ומשמש להגנה מפני החמצת התא. המשחלף נושא בסיס לתוך התא ,תלוי ב- Naוב HCO3 -חוץ-תאי וב Cl -תוך-תאי. המנגנון אלקטרוניטרלי. הסטויכיומטריה Cl 1 :יוצא Na 1 ,ו2 - HCO3נכנסים. HCO3Na + 2 HCO3- K+ - Cl ATP Na+ 4 שחלוף -Cl/HCO3 –AEשחלוף אלקטרוניטרלי נחקר בעיקר בתאי דם אדומים ,אך נמצא במרבית סוגי התאים בהם הוא פועל בתצורה של הדחת בסיס בשל הריכוז הנמוך של Clבתא. הוא משופעל ע"י pHגבוה ונאטם ע"י pHנמוך .קיימות 3 צורות שונות של AEהמקודדות ע"י גנים שונים ומופיעות בשכיחות שונה ברקמות שונות. קו-טרנספורט אלקטרוגני Na/HCO3 פעילותו מותנית בנוכחות CO2/HCO3ו- ;Naמונע הן ע"י מפל Naומפל ;HCO3 השחלוף אלקטרוגני ורגיש ל. Dy - הסטוכיומטריה Na: 3 HCO3: 2 1 .chargesבנוכחות ,∆ψ=-60 mVהוא יפעל כטוען חומצה )מדיח בסיס( .מאחר ודרוש Naלפעילותו ,הוא יפעל רק בתאיםבעלי שטפי Naגבוהים ,כגון באמצעות משחלף .Na/Hמאחר ואפיתליה הם אסימטריים בפעילותם ,המשחלף יכול לפעול כטוען חומצה או כטוען בסיס בהתאם למיקומו )אפיקלי או בזולטראלי( וכוון תנועת Naדרך האפיתל כולו. שטף חומצי פנימה = בסיס החוצה ClHCO3- שטף חומצי פנימה = בסיס החוצה Na+ 3 HCO3- K+ ATP Na+ NaKATPase בקרת מעבירי פרוטונים מעבירים אלה מווסתים pHתוך-תאי .חשוב שפעילותם תבוקר בדייקנות. ברור כי פעילותם מבוקרת ע"י ריכוזי :+Hמעבירים טועני חומצה יזורזו ע"י עליית pHתוך-תאי ואלו המדיחים חומצה יזורזו ע"י ירידת ה.pH- אולם קיימים מנגנוני בקרה נוספים. בקרה אלוסטרית בקרה אלוסטרית מוגדרת כבקרת פעילות חלבון ע"י חומר שאיננו בהכרח סובסטראט שלה ובאמצעות התקשרות לאתר האלוסטרי .כך ,ירידת pHבתא יכולה לשפעל מעבירים מדיחי חומצה מעבר למצופה מעליית ריכוז .+H זהו המצב שנצפה עבור משחלף :Na/Hגם הכניסה וגם היציאה של Naדרכו, מוגברים ע"י הורדת pHתוך תאי. כך גם נמצא עבור משחלף Na(HCO3)2/Clשאיננו מעביר +Hכלל. עליה ב pH-תוך-תאי משפעלת משחלף ) Cl/HCO3אך לא זה של תאי דם אדומים שם הוא צריך לפעול תמיד במיטבו(. 5 בקרה post-translational transportersשונים מבוקרים ע"י שפעול קינאזות – פעילות Na/Hמוגברת הן ע"י protein kinase Cוהן ע"י tyrosine .kinaseשפעולים אלה נגרמים ע"י זרחון החלבון. תעבורת קרומיות )(membrane trafficking פעילות משאבת פרוטונים מבוקרת ע"י אקסוציטוזה של וזיקולות מועשרות ע"י חלבוני המשאבה .האקסוציטוזה מושרית ע"י ירידה ב pH -ועליה בסידן תוך תאי.ההשרייה נצפתה הן עבור H- ATPaseוהן עבור .H,K-ATPase 6
© Copyright 2024