چرخه زندگي فاژ لامبدا(فصل 1 بخش f )

چرخه زندگي فاژ لامبدا

 

 

فاژ لامبدا به طور رايج در DNA cloning استفاده مي شود. آنها داراي دو چرخه سلولي مي باشند : ليتيك و ليزوژنيك . در چخه لايتيك ، فاژهاي لامبدابه سرعت همانند سازي مي كنند و سرانجام باعث ليز سلول ميزبان مي شوند. در چرخه ليزوژنيك ، DNA حلقوي شده و درون DNA ميزبان انتگره مي شود. بعد ، فاژ لامبدا با سلول ميزبان همانند سازي مي كند.

در شرايط مشخصي( براي مثال ، سلولهايي كه تحت اشعه UV هستند) ، فاژ لامبدا از چرخه ليزوژنيك به چرخه لايتيك بر مي گردد. اين انتقال بوسيله پروتئينهاي cl ( كه گيرنده λ نيز ناميده مي شود) و Cro كنترول مي شود. افزايش پروتئينهاي cl چرخه ليزوژنيك را پيش مي برد و افزايش پروتئينهاي Cro باعث رفتن چرخه به سمت لايتيك مي شود. جزئيات مكانيزم در فصل 4 بخش H توضيح داده شده است.

 

 

شكل: چرخه لايتيك . a) پيش از اتصال b) اتصال c)نفوذ و uncoating . d) همانندسازي . e) سرهم شدن f) رهايش.

 

 

شکل: تصویری از چرخه لیزوژنیک فاژ لامبدا وتبدیل آن به چرخه لایتیک.a)  پیش از اتصال b) اتصال، نفوذ ، پوشش برداری c) حلقوی شدن DNA لامبداd)  دی ان ای فاژ لامبدا در DNA سلول میزبان وارد شده و با آن همانند سازی می کند.اگر میزان پروتئین cl  غالب باشد فاژ در مرحله لیزوژنیک باقی می ماند. e ) اگر میزان پروتئین pro غالب باشد فاژ لابدا به مرحله لایتیک انتقال میابد. F) رهایش

   

باكتريوفاژها (فصل 1 بخشf)

باكتريوفاژها: ويروسي است كه باكتريها را آلوده مي كنند.

مثالها:

1. فاژهاي dsDNA با يك دم انقباضي مثل: T4
2. فاژهاي dsDNA با يك دم قابل انعطاف مثل: λ
3. فاژهاي dsDNA با يك دم زبر مثل: p22
4. فاژهاي ssDNA مثل: phi X 174
5. فاژهاي ssRNA مثل: MS2

 

چرخه زندگب فاژ لامدا λ

 

سايتهاي مفيد:

تصوير فاژ - From Bacteriophage Ecology Group

كموكينها( Chemokines) (فصل 1 بخش E )

كموكينها( Chemokines):

كموكينها سايتوكاينهايي هستند كه باعث فعال شدن يا ارتباط شيميايي با لوكوسيتها مي شود. هر كموكين داراي 65 الي 120 آمينو اسيد با وزن مولكولي 8 تا 10 كيلو دالتون مي باشند. رسپتورهاي آنها وابسته به رسپتورهاي جفت شده با G-پروتئين است. HIV هنگام ورود به سلول نياز به رسپتورهاي كموكين دارد ، آنتاگونيستهاي آنها به پيشبرد درمان ايدز كمك نموده است.

 

سايتهاي مفيد :

 درسهاي كوتاهي در مورد كموكينها - by University of Stony Brook

 

مقالات مروري:

Chemokine receptors and their role in inflammation and infectious diseases - Blood, 2000.

Inhibition of HIV Infection by Bicyclams, Highly Potent and Specific CXCR4 Antagonists - Molecular Pharmacology, 2000.

Chemokine Regulation of Normal and Pathologic Immune Responses - Stem Cells, 2001.

مكانيزم ورود HIV به درون سلول ميزبان(فصل 1 بخش E )

مكانيزم ورود HIV به درون سلول ميزبان

 

 

شكل: ساختار تجمع HIV gp120 ، CD4 و آنتي باديهاي ضد گيرنده هاي كموكين.

PDB ID = 1GC1.

 

براي ورود به سلول ، پروتئين سطحي gp120 بايد با دو گيرنده واكنش دهد: CD4 و يك گيرنده كموكين (براي مثال CCR5) .آنتي بادي نشان داده كه مي تواند تاثيرات گيرنده كموكين را ببندد. موقعيت آن احتمالا در محل اتصال گيرنده هاي كموكين در فرآيند معمول است.

بر هم كنش بين gp120 و اين دو رسپتور هم جوشي بين ويروس و سلول ميزبان را راه اندازي مي كند. جزئيات كامل اين مكانيزم كاملا مشخص نشده است. امكان اين وجود دارد كه CD4 و يا گيرنده هاي كموكين باعث بيرون كشيدن gp120 شده و باعث در معرض قرار گيري gp41 ي متصل به gp120 و جاي گرفته در غشاي ويروسي شود (مثالي از ژنها و رشد). gp41 يك پروتئين هم جوشي fusion protein است ، كه قابليت شروع نمودن همجوشي را دارد ، كه به موجب آن به HIV اجازه ورود به درون سلول را مي دهد.

 

 

مقالات:

 

The plasma membrane as a combat zone in the HIV battlefield - Genes and .Development, 2000
 

HIV Integrase, a Brief Overview from Chemistry to Therapeutics - J. Biol. Chem., .2001

 

سايتهاي مفيد :

و تصوير آن HIVساختار 

چرخه زندگي ويروس (فصل 1 بخش E)

چرخه زندگي ويروس:

 

چرخه زندگي ويروسها به مراحل زير تقسيم مي شود:

 

1. الصاق (Attachment): اتصال اختصاصي بين پروتئينهاي سطحي ويروس و رسپتورهاي آنها در سطح سلولهاي ميزبان است.اين اختصاصيت تمايا يك ويروس به ميزبان را مشخص مي كند. براي مثال ، ويروس نقص ايمني انسان (HIV ) تنها سلولهاي ايمني انسان را آلوده مي كند ( مخصوصا سلولهاي T ) ، زيرا پروتئين سطحي آن ، gp120 ، مي تواند با CD4 و گيرنده هاي كموكين در سطح سلولهاي T  واكنش دهد . (شكل 3 بخش E فصل 1) 
2. نفوذ( Penetration) : بعد از اتصال ،‌ ويروسها ممكن است از طريق اندوسيتوز با واسطه گيرنده يا ديگر مكانيزمها وارد سلول شوند. براي جزئيات بيشتر سايت زير را مشاهده كنيد.

 

 ورود ويروس به درون سلولها - Ed Rybicki

 

3. Uncoating  : فرآيندي است كه در آن كپسيد بوسيله آنزيمهاي ويروسي و ميزبان برداشته مي شود.
4. همانند سازي (Replication) : همانند سازي در سرهم شدن پروتئينهاي ويروسي و مواد ژنتيكي توليد شده در سلولهاي ميزيان دخيل است.
5. رها سازي: ويروسها با ايجاد از هم گسيختگي (ليز) در درون سلولهاي ميزبان از آنها رها مي شوند. ويروسهاي پوشش دار( براي مثال  HIV ) از سلولهاي ميزبان جوانه مي زنند. به هنگام فرآيند جوانه زني ،‌ يك ويروس پوشش فسفوليپيديي را كه حاوي گليكوپروتئينهاي ويروسي است را كسب مي كند.

 

سايت هاي مفيد:

چرخه زندگي- From Johns Hopkins University HIV 

 By Shaun Heaphyهمانندسازي ويروس

فصل 1 بخش E (ساختار ویروس)

ساختار ويروس

 

ماده ‍ژنتيكي و آنزيمهاي ويروسها بوسيله ساختار سطحي كه كپسيد نام دارد پوشيده شده است. برخي از ويروسها در اطراف كپسيد داراي پوشينه نيز مي باشند. شكل كپسيد ويروسي يا هليكال است يا آيكوزاهدرال است كه در شكل زير نشان داده شده است.

 

 

شكل: Icosahedron  (آيكوزاهدرال) . a ) يك آيكوزاهرال كه از بيست مثلث متساوي الاضلاع يكسان تشكيل شده است. b) در بسياري از كپسيدهاي آيكوزاهدرال ، هر مثلث از سه بخش يكسان تشكيل شده است. بنابراين هر كپسيد داراي 60 بخش مي باشد. پنج بخش كه در اطراف هر راس ميباشد به صورت تقارن پنج وجهي قرار گرفته است. c ) يك كپسيد آيكوزاهدرال داراي 60 بخش است. برخي ار مثلث ها از 4 بخش تشكيل شده اند.

 

 

شكل: ساختار يك بخش از كپسيد ويروس بيماريزاي پا و دهان. كپسيد اين ويروس آيكوزاهدرال است ، متشكل از 60 بخش. هر بخش از چهار پروتئين تشكيل شده است: VP1, VP2, VP3 و VP4 . حالت متقارن يك آيكوزاهدرال ، ساختار تمام كپسيد مشخص شده است.

 

سايتهاي مفيد:

Virus Structure - From Dr. Shaun Heaphy.

Virus Ultra Structure - From Linda Stannard.

فصل 1 بخش E (رده بندی بالتیمر)

رده بندي بالتيمر  (Baltimore Classification)

رده بندي بالتيمر بر اساس محتويات ‍‍‍‍ژنتيكي و استراتژي همتنندسازي ويروسها استوار است. ماده ژنتيكي در تمام سلولها DNA دو رشته اي double-stranded DNA)) كه به طور مختصر dsDNA نوشته مي شود مي باشد، اما برخي ويروسها از RNA يا DNA تكرشته اي جهت انتقال ماده ژنتيكي استفاده مي كنند.

بر اساس تقسيم بندي بالتيمر ويروسها به هفت رده زير تقسيم ميشوند:

 

1) ويروسهاي داراي DNA دو رشته ي (dsDNA viruses)

2) ويروسهاي داراي DNA تك رشته اي (ssDNA viruses )

3) ويروسهاي داراي RNA دو رشته اي (dsRNA viruses )

4) ويروسهاي RNA مثبت تك رشته اي ((+)-sense ssRNA viruses )

5) ويروسهاي RNA منفي تك رشته اي ((-)-sense ssRNA viruses )

6) RNA ويروسهايي كه رونويسي معكوس دارند (RNA reverse transcribing viruses)

7) DNA ويروسهايي كه رونويسي معكوس دارند  ((DNA reverse transcribing viruses

Ds به معني دو رشته اي و ss به معني تك رشته اي مي باشد.

 

مثالي از ويروسهاي معمول:

 

· (+)RNA يعني RNA نقش mRNA دارد و مي تواند منجر به توليد پروتئين شود.(-)-RNA نقش mRNA ندارد.

· رئوويروسها و آنفولانزا داراي ژنوم رياRNA قطعه قطعه مي باشند. در اينجا طول كلي آن نشان داده شده است.

 

 

سايت براي علاقه مندان:

Family Groups - The Baltimore Method - From All the Virology on the WWW

 

فصل 1 بخش E (ویروسها)

ویروس

ويروسها كوچكترين موجودات هستند ، كه اندازه آنها 20-300 نانومتر مي باشد    1nm = 10-9 meter  همه آنها داراي كپسيدند (capsid) كه مواد ژنتيكي و آنزيمهاي گوناگون را در بر گرفته است. برخي از ويروسها داراي پوشينه يا (envelope) هستند كه كپسيد را احاطه كرده.

 

 

 

رده بندي بالتيمر

 

ساختار

 

چرخه زندگي

 

n مكانيزم ورود HIV به درون سلولهاي ميزبان

 

 

 

معرفي سايت:

 

All the Virology on the WWW - by D. Sander

 

 

The International Committee on Taxonomy of Viruses

 

 

مقالات مروري:

 

 

 

Virus Entry, Assembly, Budding, and Membrane Rafts - Microbiology and Molecular Biology Reviews, 2003.

 

Viral Internal Ribosome Entry Site Elements: NovelRibosome-RNAComplexes and Roles in Viral Pathogenesis - J. Virology, 2003

فصل 2 بخش G ( پروتئین های متفرقه ) - پایان فصل دوم

پروتئین های متفرقه

علاوه بر آنزیم ها و پروتئین های غشایی ، تعداد بسیاری از سایر پروتئین ها با وظایف سلولی گوناگون وجود دارند. این صفحه قصد ندارد که به صورت کامل به شرح آن ها بپردازد اما سعی می کند که تعداد کمی از انواع مهم آن ها را نشان دهد.

چاپرون ها :

-- در folding ( پیچش یافتن ) درست پروتئین ها نقش دارند

• The role of structural disorder in the function of RNA and protein chaperones - FASEB J., 2004.
• Chaperone-Mediated Protein Folding - Physiological Reviews, 1999.
• Hsp90 : a specialized but essential protein-folding tool - J. Cell Biology, 2001.
• Molecular Chaperones: Biology and Prospects for Pharmacological Intervention - Physiological Reviews, 1998.
• Heat Shock Proteins and Cardiovascular Pathophysiology - Physiological Reviews, 2001.
• Metallochaperones, an Intracellular Shuttle Service for Metal Ions - J. Biol. Chem., 2000.

پروتئین های کانژوکه (Conjugated proteins ):

-- به صورت کووالان ( اتصال محکم ) به گروه های پروستتیک مانند گلیکوپروتئین و پروتئین های حاوی فلز اتصال می یابند. 

 

سیتوکینین ها :

-- تنظیم ایمنی ، التهاب ، آپوپتوزیس و خون سازی را بر عهده دارند.

هورمون ها :

Examples: insulin, growth hormone, and prolactin.
Web Link: Discovery of Insulin.

پورین ها:

 

Web Links:
Illustration of Prion Replication and Spread.

Review Article:
Prions: proteins as genes and infectious entities - Genes and Development, 2004

 

پروتئین های ساختاری:

Web Links: collagen, myosin

فاکتور های رونویسی :

فصل 4 را ببینید.

یوبی کیوتین :

-- نشانه ای برای تجزیه پروتئین . اگر پروتئینی به یوبی کیوتین (ubiquitin ) متصل شود توسط پروتئازوم تجزیه خواهد شد. 

The Ubiquitin-Proteasome Proteolytic Pathway: Destruction for the Sake of Construction - Physiol. Rev., 2002.

Non-traditional Functions of Ubiquitin and Ubiquitin-binding Proteins - J. Biol. Chem., 2003.

SUMO and ubiquitin in the nucleus: different functions, similar mechanisms? - Genes and Development, 2004

فصل 2 بخش F5 ( پروتئین های متصل شده به غشا )

پروتئین های اتصال یافته به غشاء

پروتئین های متصل به غشاء به سه گروه تقسیم می شوند :

 

• اتصال یافته به سطح سیتوزولی غشای پلاسما توسط میریستات (myristate )
•  اتصال یافته به سطح سیتوزولی غشای پلاسما توسط فارنیسیل (farnesyl )
• اتصال یافته به سطح خارج سلولی غشای پلاسما توسط گلیکوزیل فسفاتیدیل اینوزیتول

شکل 2-F-6 . نمایشی از anchor ها که توسط برخی پروتئین ها به غشای پلاسمایی متصل شده اند. v-Src نوعی از پروتئین تیروزین کیناز غیر وابسته به رسپتور می باشد که شامل سیگنال دهی سلول  می شود. پروتئین Ras نقش مهمی را در سیگنال دهی سلولی ایفا می کند. ( فصل 6 بخش E را ببینید )

Review Article:

The Biology and Enzymology of Protein N-Myristoylation - J. Biol. Chem., 2001

فصل 2- بخش F4 ( پروتئین های ناقل )

پروتئین های ناقل

بر اساس سیستم کمیسیون انتقال ( TC ) ، تمام پروتئین های ناقل به کلاس های زیر تقسیم بندی می شوند :

* کانال / منافذ

مثال  کانال های یونی ، پورین ها

* انتقال دهنده های پتانسیل الکتروشیمیایی

 مثال : uniporters, symporters and antiporters

* انتقال دهنده های گروهی

 

* ناقل های انتقال الکترونی

 

* پروتئین های ناقل کمکی

 

* پروتئین هایی که به درستی شناخته نشده اند.

 

Review Articles:

Adenylate Kinase Activity in ABC Transporters - J. Biol. Chem., 2005.

Structures and Models of Transporter Proteins - Pharm. Experi. Thera., 2004.

The Molecular Pharmacology of Organic Anion Transporters: from DNA to FDA? - Mol. Pharm., 2004.

Amino acid transporters: roles in amino acid sensing and signalling in animal cells - Biochem. J., 2003.

From European J. Biochem., 2002

• Sodium pump and steroid hormone receptor: Na⁺/K⁺-ATPase
• The sodium pump: Its molecular properties and mechanics of ion transport
• Na⁺/K⁺-ATPase as a signal transducer
• Endogenous cardiac glycosides, a new class of steroid hormones

Role of Alternative Splicing in Generating Isoform Diversity Among Plasma Membrane Calcium Pumps - Physiological Reviews, 2001.

Transport ATPase Trafficking - J. Biol. Chem., 2001.

• Introduction
• The Yeast Pma1 Proton Pump: a Model for Understanding the Biogenesis of Plasma Membrane Proteins -
• Ion Pumps in Polarized Cells: Sorting and Regulation of the Na⁺,K⁺- and H⁺,K⁺-ATPases - J. Biol. Chem., 2001.

The vesicular neurotransmitter transporters: current perspectives and future prospects - FASEB J., 2000.

The role of the TolC family in protein transport and multidrug efflux - Eur. J. Biochem., 2001.

The drug/metabolite transporter superfamily - Eur. J. Biochem., 2001.

The Human ATP-Binding Cassette (ABC) Transporter Superfamily - Genome Research, 2001.

 

فصل 2 بخش F3-2 ( انتقال سیناپسی )

برای بهتر دیدن عکس ابتدا آن را ذخیره کنید.

انتقال سیناپسی

 

نورون ها از سه قسمت تشکیل یافته اند : دندریت ها ، آکسون و پایانه عصبی. دندریت ها سیگنال هایی را که از سایر نورون ها می رسد را دریافت می کنند و آکسون فعالیت پتانسیلی را هدایت می کند و پایانه های عصبی سیگنال را به سایر نورون ها انتقال می دهند. در دندریت ها اگر پتانسیل غشائی تا حد آستانه دپلاریزه شود ، پتانسیل فعال خارج می شود. سپس پتانسیل فعال شده در طول آکسون ها به سمت پایانه عصبی انتقال می یابد ؛ این عمل زمانی صورت می گیرد که فرآیند دپلاریزاسیون کانال های کلسیم را برای ورود یون های Ca2+ باز کرده است و سپس سبب القا آزاد سازی نوروترانسمیتر های ذخیره شده در وزیکول ها شود. در سیستم عصبی ، پایانه عصبی نورون ها ، ممکن است با دندریت دیگر یا پایانه عصبی نورون دیگر سیناپس تشکیل دهند. شکاف سیناپسی میان دو نورون در حدود 200 تا 500 نانومتر عرض دارد. نوروترانسمیتر های آزاد شده از وزیکول ها در میان شکاف سیناپسی پخش می شوند و بر روی گیرنده خود بر روی رسپتور نورون پس سیناپسی  اثر می گذارند.( شکل 11 )

 

شکل 11 :مکانیسم انتقال سیناپسی. نوروترانسمیتر هایی را نشان می دهد که در وزیکول های با حرف T( توسط دایره نشان داده شده اند ) واقع شده در پایانه عصبی پیش سیناپسی ذخیره شده اند. پتانسیل فعال در پایانه پیش سیناپسی سبب ورود یون های ⁺Ca ² از میان کانال های کلسیم وابسته به ولتاژ می شود و در نهایت سبب آزاد سازی نوروترانسمیتر ها می شود.

شکل 12 . ساختار اصلی اغلب نوروترانسمیتر ها

رسپتور های نوروترانسمیتر ها در دو گروه تقسیم شوند : پروتئین G به همراه رسپتور و رسپتور های یونوتروپیک . G پروتئین به همراه رسپتور شامل انتقال سیگنالی می شوند. مانند سایر آگونیست ها ، اتصال نوروترانسمیتر ها بر روی G پروتئین همراه رسپتور ممکن است سبب راه اندازی سری هایی از فرآیند های سیگنالینگ شود.( اطلاعات بیشتر ) .

رسپتور یونوتروپیک ، کانال یونی را تشکیل می دهد که ممکن است با اتصال نوروترانسمیتر های خاص فعال شود. زمانی که فعال شد ، نفوذ کاتیون ها ( مثل Na⁺ ) ممکن است سبب دپلاریزه شدن غشای پس سیناپسی شود.  اگر دپلاریزاسیون به حد آستانه برسد ، پتانسیل فعال می تواند در نورون پس سیناپسی تشکیل شود.

کانال یونی که توسط رسپتور نوروترانسمیتر تشکیل شود را کانال سیناپسی می خوانند. هر کانال سیناپسی از چهار رسپتور ( زیر واحد ) تشکیل شده است. شکل 13 ساختار عمومی کانال نیکوتینیک استیل کولین رسپتور nAChR ( ) را نشان می دهد

 

شکل 13. رسم شماتیک کانال nAChR که از 5 زیر واحد a, a, b, g, d تشکیل شده است را نشان می دهد. ( a ) نمایش اسلایدی ( b ) نمایش از سمت بالا ( c )  ساختار دومین هر زیر واحد. پنج قطعه M2 ( یکی از هر زیر واحد ) منفذ کانال را تشکیل می دهند همان طور که در شکل ( b ) نشان داده شده است. فعال سازی ( باز شدن ) کانال nAChR نیازمند اتصال دو مولکول استیل کولین به یکی از زیر واحد a می باشد.

 

کانال رسپتور گلوتامات ( GluR ) به سه زیر شاخه تقسیم می شود : NMDA ، Kainate و AMPA . تمام رسپتورهای گلوتامات با بهترین نحو به مولکول های گلوتامات متصل می شوند اما گرایش آن ها به اتصال با سایر آگونیست ها متغیر می باشد. زیر شاخه NMDA گرایش زیادی به اتصال با مولکول های NMDA دارد اما گرایش آن برای اتصال با مولکول های kainite یا AMPA پایین است. بنابراین کانال هایی که توسط رسپتور NMDA تشکیل شده اند می توانند توسط گلوتامات یا NMDA فعال شوند اما توسط AMPA یا kainite فعال نمی شوند. به طور مشابه کانالی که توسط رسپتور های AMPA تشکیل شده است می تواند توسط AMPA یا گلوتامات فعال شود اما توسط NMDA یا  kainite فعال نمی شود.

  

 

فصل 2 - بخش F3-1 ( کانال های یونی )

کانال های یونی :

کانال های یونی گروه خاصی از پروتئین ها هستند که یون های کوچک را مانند Na + , K+ , Ca2+ یا Cl- را هدایت می کنند. باز و بسته شدن کانال های یونی بستگی به ولتاژ غشاء یا اتصال مولکول های ( لیگاند ها ) به آن ها دارد. مکانیسم دقیق عمل آن ها هنوز به خوبی مشخص نشده است. با این وجود رمز و راز خاصیت انتخابی ان ها حل شده است.

 

کانال های پتاسیم :

بر طبق تعریف ، کانال پتاسیم به طور عمده یون های K⁺ را بدون انتقال Na⁺  یا Ca ²⁺ ، هدایت می کند. به یاد داشته باشید که یون های Na⁺ کوچک تر از یون های K⁺ هستند. به نظر شما چگونه کانال ها یون K⁺ را درست زمانی که از انتقال یون های کوچک تر ممانعت می کنند ، آن انتقال می دهند؟ جواب در انرژی هیدراسیون یون ها نهفته است.

قطر فیلتر های انتخاب گر کانال های پتاسیم( ناحیه ریز و باریک در شکاف کانال ) ، اندازه آن تقریبا با یون های Cs⁺ ( با قطر 3.3 ) هم اندازه است ؛ بنابراین یون های Cs⁺ بدون اتصال به مولکول دیگری می توانند از این کانال ها عبور کنند. اما برای حل این مشکل برای یون های کوچک ، آن ها توسط مولکول های آب احاطه می شوند. اولین پوسته هیدروژنی مولکول های K+ یا Na+ شامل شش مولکول آب می باشد. قطر مولکول بدون هیدروژن Na⁺ و K⁺ به ترتیب 1.96 و 2.66 می باشد. قطر موثر مولکول های آب در یون های هیدراته بزرگ تر از 2 می باشد. بنابراین ، برای عبور از فیلتر انتخابی ، یون های Na⁺ یا K⁺ باید چهار مولکول آب را از فرم اولیه هیدراته خود ، رها سازند و تنها دو مولکول ( یکی در جلو و یکی در عقب ) باقی می ماند. یون کوچک تر Na⁺ نیاز به انرژی دهیدراسیون بیشتری نسبت به K⁺ دارد ، زیرا قطر هسته آن با مولکول هایی که آن را پوشانده اند کمتر است و در نتیجه برهمکنش بیشتری با هم دارند. در نهایت ، عبور یون Na⁺ از میان کانال پتاسیم سخت تر از عبور یون های K⁺ می باشد. مشاهده شده است که یون لیتیم ( Li⁺ ) که قادر به عبور از کانال پتاسیم نمی باشد ، توسط فرآیندی که شرح داده شد نیز می تواند از آن عبور کند. کاتیون های دی والانت مانند Cs2⁺ نیز نمی توانند از میان این کانال عبور کنند زیرا انرژی هیدراسیون آن ها بسیار بیشتر از کاتیون های یک بار مثبت می باشد.

 

شکل 6 . عبور یون از کانال سدیم و پتاسیم. ( A ) : برای عبور از کانال پتاسیم ، یون مجبور است تعداد زیادی از مولکول های آبی که آن را احاطه کرده اند را رها سازد ، و تنها یک یا دو مولکول را یکی در جلو و دیگری را در عقب باقی بگذارد. ( B ) فیلتر انتخاب گر کانال سدیم ، بسیار باریک تر از کانال پتاسیم می باشد. این سبب می شود که یون های Na⁺ با سه مولکول آب از آن عبور کنند اما اندازه آن برای یون های K⁺ با سه مولکول آب کوچک است.

 

کانال سدیم :

در کانال سدیم ، یون های Na⁺ نفوذ پذیری بیشتری نسبت به K⁺ دارند. و این امر به دلیل وجود فیلتر انتخابی کانال های سدیم است که کمی بزرگ تر از کانال پتاسیم می باشند. اندازه ان برای عبور دادن یون Na⁺ با سه مولکول آب متصل شده به آن مناسب است ، اما برای یون K⁺ متصل به سه مولکول آب کافی نیست. بنابراین ، برای عبور از میان کانال سدیم ، یون Na⁺ لازم است که تنها سه مولکول ولی یون K⁺ لازم است چهار مولکول آب از صفحه هیدراسیون اولیه حذف کند. بنابراین انرژی لازم برای دهیدراسیون یون K⁺ بیشتر است از یون Na⁺ .

 

کانال کلسیم :

در کانال کلسیم ، نفوذ کاتیون های یک بار مثبت ( Na ⁺ و K⁺ ) سه برابر کمتر از نفوذ یون Ca ²⁺ می باشد. به نظر نمی رسد که این انتخاب یونی شامل هیدراسیون شود ، زیرا Ca ²⁺ هیدراته بسیار سنگین تر از Na+ است ، در صورتی که دایمر های غیر هیدراته Ca ²⁺ و Na⁺ تقریبا با هم برابرند. بنابراین چگونه کانال های کلسیم Ca ²⁺ را از Na⁺ انتخاب می کنند ؟

اگر چه نفوذ کاتیون های یک بار مثبت در کانال های کلسیم بسیار کمتر از غلظت یونی نرمال است ، بیشتر جریان کاتیون های یک بار مثبت در غیاب Ca ²⁺ و سایر دو بار مثبت ها دیده می شود. این فرآیند نشان می دهد که کانال کلسیم برای یون های یک بار مثبت و دو بار مثبت قابل نفوذ است ، اما قابلیت انتخابی از رقابت میان یون ها ناشی می شود. کانال های کلسیم دارای بار منفی در سایت های اتصال هستند برای این که انتقال یون ها را تسهیل نمایند. یون های یک بار مثبت نمی توانند به سادگی با Ca ²⁺ در سایت اتصال رقابت کنند. این نظریه به صورت آزمایشگاهی انجام گرفته و به ثبت رسیده است. در کانال های کلسیم اگر بار منفی رزدیو گلوتامات در موجود در منفذ به لیزین شارژ مثبت جهش یابد ، کانال کلسیم بسیار به یون های Na+ و Ba2+ قابل نفوذ خواهد شد. ( منبع ) و بر عکس ، در کانال های سدیم ، جهش در لیزین های موجود در منفذ به گلوتامات ، سبب تغییر کانال های انتخاب گر Na+ به کانال های انتخاب گر Ca2+ می شود ( منبع )

 

ساختار کانال :

ساختار سه بعدی بسیاری از کانال ها هنوز شناخته نشده است. به هر حال ، از طریق ویژگی هیدروفوبیسیته سکانس های آمینو اسید ها ، امکان به دست آوردن ساختار اغلب کانال ها وجود دارد.

 

کانال های K :

انواع مختلفی از کانال های پتاسیم وجود دارد. اکثر کانال های K مشاهده شده دارای چهار زیر واحد هستند که هر کدام از آن ها همولوگ پروتئین Shaker می باشند. ( شکل 7 ) . ویژگی هیدروفوبیسیته نشان می دهد که آن دارای شش قطعه هیدروفوبیک است که به صورت S1-S6 نشان داده شده اند. این قطعات بسیار شبیه به دامین های گذرنده از غشاء هستند. سایر نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که ناحیه P در درون منفذ کانال ها وجود دارد. این ساختار دامین پروتئین Shaker در شکل 8 نشان داده شده است.

شکل 7

سکانس های آمینو اسید پروتئین Shaker

شکل 8 . ساختار دومین های پروتئین Shaker

 

 

 

شکل 9. رسم شماتیک از کانال های پتاسیم Shaker که از چهار پروتئین تشکیل شده است. منفذ کانال توسط چهار ناحیه P تشکیل می شود. ( فقط سه تا از آن ها نشان داده شده است )

 

کانال های Na و Ca

کانال Na یا Ca شامل زیر واحد های اصلی تشکیل دهنده منفذ و گاهی سایر زیر واحد های کمکی هستند. زیر واحد های تشکیل دهنده اصلی ، زیر واحد α خوانده می شوند که می توانند به چهار دامین مشابه تقسیم شوند. هر دامین آنالوگ پروتئین Shaker با شش قطعه گذرنده از غشاء و ناحیه P می باشد. اگر چه زیر واحد α برای تشکیل کانال یونی کافی می باشد.

شکل 10. دامین های ساختاری زیر واحد α در کانال Na یا Ca

 

کانال های سیناپسی ( سیناپتیک )

کلاس های بسیاری از کانال های یونی در سیناپس های ( اتصالات میان سلول های عصبی ) واقع شده اند. ساختار آن ها در صفحه بعد شرح داده شده است.

فصل دوم بخش F3 ( کانال های یونی )

کانال های یونی :

اطلاعات پایه درباره کانال های یونی

طبقه بندی و نامگذاری کانال های یونی

 

مقالات مروری :

General

• The Voltage Sensor in Voltage-Dependent Ion Channels - Physiol. Review, 2000.
• Ion channel genes and human neurological disease: Recent progress, prospects, and challenges - PNAS, 1999.

Potassium Channels

• Structure and Function of Kv4-Family Transient Potassium Channels - Physiol. Review, 2004.
• Evidence for Mitochondrial K⁺ Channels and Their Role in Cardioprotection - Circulation Research, 2004.
• A-type potassium currents in smooth muscle - Am. J. Physiol., 2002.
• Potassium Channel Function in Vascular Disease - Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology, 2001.
• Potassium Channels: Molecular Defects, Diseases, and Therapeutic Opportunities - Pharmacological Reviews, 2000.

Sodium Channels

• Inherited disorders of voltage-gated sodium channels - J. Clin. Invest., 2005.
• Regulation of the epithelial sodium channel by accessory proteins - Biochem., 2003.
• Epithelial Sodium Channel - Physiol. Review, 2002.

Calcium Channels

• The L-type calcium channel in the heart - J. Clin. Invest., 2005.
• Ca²⁺ Channels As Integrators of G Protein-Mediated Signaling in Neurons - Mol. Pharm., 2004.
• Dissecting the functional role of different isoforms of the L-type Ca²⁺ channel - J. Clin. Invest., 2004.
• Subunit of Voltage-activated Calcium Channels - J. Biol. Chem., 2003.
• Molecular Physiology of Low-Voltage-Activated T-type Calcium Channels - Physiol. Review, 2002.

Chloride channels

• Molecular Structure and Physiological Function of Chloride Channels - Physiol. Review, 2002.
• Regulation of the Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator Cl Channel by Its R Domain - J. Biol. Chem., 2001.
• Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator: Structure and Function of an Epithelial Chloride Channel - J. Biol. Chem., 2000.

Synaptic Channels

• Molecular Structure and Physiological Functions of GABA_B Receptors - Physiol. Review, 2004.
• Emerging structural explanations of ionotropic glutamate receptor function - FASEB J., 2004.
• N-Methyl-D-aspartate Receptors: Subunit Assembly and Trafficking to the Synapse - J. Biol. Chem., 2004.
• Structure and Function of the Glycine Receptor and Related Nicotinicoid Receptors - J. Biol. Chem., 2004.
• Glycine and N-Methyl-D-Aspartate Receptors: Physiological Significance and Possible Therapeutic Applications - Pharmacological Reviews, 1998.

Other Channels

• Calcium/Calmodulin Modulation of Olfactory and Rod Cyclic Nucleotide-gated Ion Channels - J. Biol. Chem., 2003.
• TRPV4 calcium entry channel: a paradigm for gating diversity - Am. J. Physiol., 2003.
• TRP Channel Proteins and Signal Transduction - Physiol. Review, 2002.
• Cyclic Nucleotide-Gated Ion Channels - Physiol. Review, 2002.
• Voltage-Gated Proton Channels and Other Proton Transfer Pathways - Physiol. Review, 2002.

Sites of Interest:

Ion Channels, Transmitters, Receptors, and Disease

The Ligand-gated Ion Channel Database

فصل 2- بخش F2 ( خانواده ایمنوگلوبولین ها )

خانواده ایمنوگلوبولین ها :

این خانواده از پروتئین ها سیگنال ها را برای پاسخ های ایمنی انتقال می دهند. هر کدام از آن ها دارای یک یا دو قطعه گذرنده از غشاء می باشند. ایمنوگلوبولین ( آنتی بادی ) دارای چهار رشته پپتیدی می باشد : دو رشته سنگین و دو رشته سبک. V_H و C_H دامین های تغییر پذیر و حفاظت شده رشته سنگین را شامل می شوند ، V_L و C_L نیز برای رشته سبک می باشند. دامین متغیر ، سایت اتصال آنتی ژن ها می باشد. برای فرستادن سیگنال به رون سلول ، این کلاس از پروتئین ها عموما به پروتئین بدون رسپتور تیروزین کیناز که در سطح سیتوزولی غشای پلاسمایی قرار گرفته شده است ، متصل می شود.( فصل ششم بخش E )

شکل 2-F-2

شکل ترسیمی ساختار پروتئین های خانواده ایمنوگلوبولین

فصل 2 - بخش F1

G- پروتئین به همراه رسپتور ها :

نقش اصلی آن انتقال سیگنال ها به درون سلول می باشد ( فصل 6 بخش D ). آن ها توسط هفت قطعه گذرنده از غشاء مشخص می شوند. این کلاس از پروتئین های غشایی ، می تواند با طیف وسیعی از تحریکات شامل فوتون ها ، آمین ها ، هورمون ها ، نوروترانسمیتر ها و پروتئین ها واکنش نشان دهد. برخی از تحریکات به حلقه خارج سلولی رسپتور متصل می شوند و برخی دیگر ممکن است از ناحیه گذرنده از غشاء نفوذ کنند.

شکل 2-F-1 : ( a ) رسم شماتیک از توپولوژی G-پروتئین همراه رسپتور که توسط هفت قطعه گذرنده از غشاء مشخص می شود. هیچ یک از ساختار های این پروتئین تاکنون به خوبی شناخته نشده اند اما انتظار می رود ساختار گذرنده از غشای آن بسیار مشابه با باکتریورودوپسین ( پمپ پروتونی ) باشد که در شکل ( b ) و ( c ) نشان داده ده است.  PDB ID = 1AT9

 

مشاهدات :

 

Schematic presentation of the general structure of GPCRs and receptor-ligand interactions - J. Biol. Chem., 1998.

Database:

GPCRDB: G-Protein-Coupled Receptor Database

فصل 2- بخش F ( پروتئین های غشایی )

پروتئین های غشایی :

 

پروتئین های گذرنده از غشاء :

G- پروتئین به همراه رسپتور های متصل شونده ( G-protein coupled receptors )

خانواده ایمنوگلوبولین

پروتئین های انتقالی

• کانال های یونی

پروتئین های متصل شونده به غشاء :

 

Ras, v-Src and others

Review Articles:

Membrane Protein Structural Biology Minireview Series - J. Biol. Chem., 2001.

• How Membranes Shape Protein Structure
• Structure and Assembly of b-Barrel Membrane Proteins
• Detergents as Tools in Membrane Biochemistry
• Membrane Targeting by C1 and C2 Domains

Nucleotide receptors: an emerging family of regulatory molecules in blood cells - Blood, 2001.