Kategória: Egyéb cikkek az egészségrôlBiosignálNem vagyok mindenttudó bölcs, de nyitott szemmel járok a nagyvilágbanés fogékony vagyok az ujdonságokra.És persze ha valami érdekeset és hasznosat találok azt megosztom másokkal is. Várom a reagálásokat Mi az a biosignal-elmélet? A biosignal-elmélet az egy biológiai rendszeren belüli jelzések, ingerek közvetítésének leírásával foglalkozik. Mivel tudományos szinten tárgyaljuk a kérdést, megengedhetünk magunknak néhány rövid megjegyzést: Egy elmélet bizonyított ismeretek állítását írja le, ahol minden egyes jelenség törvények által igazolható. Amennyiben nem ez a helyzet, hipotézisrôl beszélünk, amelynek van ugyan bizonyos valószínûsége, ezt azonban még igazolni kell. Az egy biológiai rendszeren belüli jelzések közvetítése alapvetô jelenség, amit az is igazol, hogy az amerikai Alfred Gilman és Martin Rodbell 1994-ben orvosi Nobel-díjat kapott az ezen a területen kifejtett munkájukért, amelynek címe a „G-proteinek szerepének felfedezése és e proteinek szerepe a jelzések közvetítésében a sejtekben”. Ennek során Martin Rodbell felismerte, hogy a közvetítésért felelôs molekula teremti meg a kapcsolatot a hormonreceptor és a sejt egy aktivátora között. Alfred Gilman genetikai és biokémiai technikákat alkalmazott a G-proteinek beazonosítása és megtisztítása érdekében. Vizsgálati rendszerük lymphoma-sejteken alapult, amelyek szokásos körülmények között egy receptor segítségével olymódon aktiválhatók, hogy cAMP-ot, ciklikus adenosinmonophosphatot, képeznek. Izolálni tudták ennek a lymphoma-sejtnek egy olyan mutánsát, amely tartalmazott egy normál receptort és egy normál, cAMP-ot termelô enzimet, azonban még nem volt képes arra, hogy reagáljon a jelzésre. Nyilvánvalóan hiányzott a közvetítô a receptor és az enzim között. Gilman és Rodbell a következô feltételezéssel éltek: izoláltak az agyszövetbôl egy G-proteint, megtisztították és hozzáadták a mutáns lymphoma-sejthez. Az eredmény: a sejt funkcionalitása ismét helyreállt. Hogyan zajlik le pontosan a jelzések közvetítése a sejtben? Általánosságban fogalmazva a test sejtjeit kettôs lipidmembrán veszi körül. Ezen phospholipidek hydrofil fejei e membrán belsô ill. külsô felületei felé irányulnak. Ezen kívül van sok olyan protein, amelyek keresztülnyúlnak a membránon. Amennyiben egy üzenethordozó anyag érkezik ehhez a membránhoz, pl. adrenalin, kötésbe lép a számára specifikus adrenalin-receptorral, a diszkriminátorral, amelynek ehhez a molekulához specifikus kötôdési pontjai vannak. E receptoron keresztül egy közvetítô aktivizálódik, éppen az egy-egy α β és γ alegységbôl felépülô G-protein. Ez a G-protein ismét stimulál egy aktivátort, ebben az esetben az adenylatcyclase-t, egy enzimet, amelyen keresztül a sejten belül másodlagos üzenethordozó cAMP termelôdik. A kaszkád-rendszerû enzimes reakciókon keresztül megváltozik a sejt állapota, és egy foszforilálási lépésen keresztül a glykogenbôl glukóz termelôdik, a glukóznak ismét szüksége van a sejtre, hogy ATP-t termeljen. Foszforiláláson keresztül ugyanígy megváltoztathatók a membránmolekulák, pl. az ioncsatornák is. Nézzük meg a G-proteineket kicsit közelebbrôl: hogyan történik a G-proteinek aktiválása ill. inaktiválása? 1) Nyugalmi állapotban a G-proteinhez, amely, mint ahogy már szó volt róla, egy-egy α β és γ alegységbôl áll, egy GDP molekula kötôdik. 2) Amikor a hormon a receptorhoz kötôdik, a G-protein aktiválódik és 3) a GDP a GTP-re cserélôdik. A G-protein szétesik az α-alegységre (amely a GTP-hez kötôdik) és a βγ-alegységre. 4) Az inaktiválás során a GTP, amely az α-alegységhez kötôdik, GDP-vé hidralizálódik. Ezután a G-protein alegységek ismét inaktív G-proteinné kötôdnek össze. Hol fordulnak elô a testben G-proteinek? Speciális G-proteinek találhatóak a szem pálcikáiban és az orrban. -az érzékszervekben meglévô G-proteinek a környezetbôl származó információkat egy olyan nyelvre fordítják le, amelyet az agyban lévô G-proteinek értelmezni tudnak. -Szaglási stimuláció révén az orrban lévô G-proteinek aktivizálódnak -a nyelven lévô G-proteinek ízlelési komponenseket regisztrálnak -a G-proteinek válaszolnak a hormonokra. Izgatásra a mellékvese adrenalint ürít a vérbe – ennek következtében a máj glukózt képez és így energiát ad, pl. a küzdelemhez (vagy meneküléshez). A szív és a véredények ugyanígy elôkészülnek. Kolera és G-proteinek A kolerát a Vibrio cholerae baktérium okozza, amely szennyezett vízzel kerül a szervezetbe. A baktérium óriási mennyiségben elszaporodik a bélben; a felhámsejtek nem képesek megakadályozni, hogy a folyadék a bélbe jusson, aminek következtében rendkívül erôteljes hasmenés lép fel. A kolera járványszerûen Indiában és a Harmadik Világ más országaiban fordul elô. A baktérium, amelyet 1884-ben Robert Koch fedezett fel, antibiotikummal elpusztítható, a betegséget azonban egy bakteriális eredetû mérgezés váltja ki, amely a bélben lévô felhámsejtek G-proteinjeit visszafordíthatatlanul aktiválja. Ennek az aktiválásnak az eredménye a víz és a só gyakran életveszélyes mértékû vesztése. A felfedezést követôen közel 100 évre volt szükségük a kutatóknak arra, hogy felfedjék a betegség valódi okait – a G-proteinek bakteriális mérgezésének hatását: a baktérium termel egy toxint, amelynek egy része áthatol a sejtmembránon. Ez a toxin úgy viselkedik, mint egy enzim, amely úgy változtatja meg a G-proteineket, ami többé nem visszafordítható. A jelzések közvetítése a sejtek között Vannak különbözô rendszerek, amelyeken keresztül a sejtek egymással kommunikálni tudnak. 1. Receptorok enzimes hatással Ezek közé tartoznak pl. a tyrosinkinasok. Ezek transzmembrán-proteinek, amelyek a sejt külsô falán a jelzést hordozó molekulát megkötik és a sejt belsejében enzimes reakciót váltanak ki. 2. Sejten belüli receptorproteinek Ebben az esetben a jelzést hordozó molekula átdiffundál a sejtmembránon és összeköttetésbe lép a receptorral. A további leggyakoribb folyamatok a következô aktiválások: -proteinkinase. Ezek foszforilálnak más proteineket, ami által ezek aktivitása fokozódik vagy éppen akadályozva lesz. - proteinfoszfatázok. Ezek más proteinekrôl leválasztanak foszfátcsoportokat és ennek megfelelô hatást váltanak ki 3. GTP-t megkötô proteinek Anyagok, amelyek jelzéseket közvetítenek, pl. a következôk lehetnek: proteinek, peptidek, aminosavak, nukleotidek, steroidok, retinoidok, zsírsavderivátumok, nitrogénmonoxid, szénmonoxid. A jelzés közvetítésének útjai Exocytose – a jelzést hordozó anyag a véráramba kerül és szétterjed a testben (pl. inzulin). Diffuzió – a jelzést hordozó anyag a környezetében terjed szét (pl. testosteron) A jelzést hordozó sejtek kötôdése a célsejt membránjának felszínén (pl. pusztító sejtek fejlôdési folyamatokban) Miért lehet a hormonokkal jellegzetes reakciókat kiváltani? 1. Csak bizonyos sejttípusok rendelkeznek az egyes meghatározott, megfelelô hormonok receptoraival 2. A receptorok minden sejttípusban sejttípus-specifikus más szabályozó proteinekkel vannak kombinálva, amelyek a sejtspecifikus proteinek expressziójához szükségesek. Transzmembrán-receptorok Egy szignál-hordozó a membrán külsô falán a receptorra tapad, ezáltal reakciót vált ki a sejt belsejében. A receptor 3 részbôl épül fel: 1.Egy külsô rész, ahová a ligand (az elsôdleges üzenethordozó) kapcsolódik, 2. egy, a membránon belüli rész (amely a receptort ott megköti) 3. egy sejten belüli rész, amely a hatást kibontakoztatja. Hatásként pl. számításba jöhet: 1. génexpresszió beindítása 2. egy sejten belüli enzim aktivitásának megváltoztatása 3. a sejt sejtvázának átalakítása 4. egy anyag membrán-áteresztô képességének megváltoztatása 5. a sejtoszlás megindítása 6. a transzláció megindítása. Signal-továbbítás G-proteinen keresztül 1. egy ligand (elsôdleges üzenethordozó) megkötésével a G-protein receptor aktiválódik 2. a receptor megköti a G-proteint a membrán belsô oldalán 3. a receptorhoz való kötés következtében a GDP GTP-re cserélôdik 4. ezáltal az α-alegység disszociál és aktiválja az effektort, pl. az adenylylcyclase-t 5. ez az ATP-bôl cAMP-t képez 6. az α-alegység defoszforilál és a másik két alegységgel együtt ismét inaktív G-proteinné áll össze 7. a cAMP, mint másodlagos üzenethordozó aktiválja a célproteint. Kiegészítés G-proteinreceptorrá További másodlagos üzenethordozók: DAG (Diacylglycerol), IP3 (Inosotoltriphodphat), Ca2+. A phosphatidylinositol (P1) a sejtmembrán lipidrétegének építôeleme. Foszforilálható phosphatidylinositolfoszfáttá (PIP) és tovább phosphatidylinositoldifoszfáttá (PIP2). Egy sima izomsejt acetilcholin-nal történô ingerlése esetén a receptoron keresztül egy G-proteint aktiválódik, amely ismét aktivál egy phosphorylase C-t. Ez a PIP2-t DAG-ra (ami a membránban marad) és IP+-ra (cytosol-ba diffundál) bontja szét. Mind a DAG, mind pedig az IP3 másodlagos üzenethordozóként mûködhetnek: DAG: foszforilálja a proteinkinase C-t (PKC), aminek következtében ismét újabb proteinek aktivizálódnak. PKC-nek mindenekelôtt a növekedési folyamatokban és a fejlôdésben van nagy jelentôsége. IP3: kicsi, vízben jól oldódó molekula, amely gyorsan diffundál a cytosol-ba. Az IP3 receptora (Ca2+- csatorna) a sima ER-ben található. Az IP3 hatás csak átmeneti, gyorsan ismét inaktiválódik. Ca2+: sok sejtben végbemenô folyamatban, mint pl. sejtosztódás, kiválasztás (inzulin!), endo, exo és fagocitózis, sejtmozgás, sejtanyagcsere, kulcsfontosságú szerepe van. A Ca2+ normál körülmények között a citosolban található nagyon alacsony koncentrációban, mivel a sejtmembránban való pumpálással kifelé és a sima ER-ben történô pumpálással befelé pumpálódik. Ezért van az, hogy ott 10 000-szeresen nagyobb koncentrációban található, mint a cytosolban. A Ca2+-csatorna két fô típusa létezik: egyrészt IP3 stimulált, másrészt cADPR (ciklikus Adenosinphosphatribose) és Ca2+ stimulált. Ezen az úton a reakciók még mindig átmeneti jellegûek (a Ca2+ kipumpálása miatt). Az inzulin felszabadítása a cADPR és Ca2+-kiválasztáson keresztül történik: Fototransdukció Az enzimek kaszkád rendszere Az enzimek kaszkád rendszere a rhodopsin-nal kezdôdik. A rhodopsin egy protein-részbôl áll, az opsinból és egy chromophorból, a 11-cis retinal-ból. Konjugált kettôs kötések sorozatának hatására a 11-cis retinal képes fény abszorbeálására. Az opsinhoz való kötôdés alapján az abszorbeálás maximuma a hullámspektrum látható tartományába tolódott el. Egy fénykvantum abszorbeálása során a retinál az un. all-trans formába megy át, amelynek során már nem igazodik a (rhod?) opsinhoz, és elválik tôle. A most már térbelileg megváltozott rhodopsinból enzimesen aktív rhodopsin lesz. Ez az aktív rhodopsin 3000 transducinmolekulát is aktivizálni tud, mielôtt a rhodopsinkase foszforilálná és az arrestin megkötné azt. Az arrestin megakadályozza a transducin további aktivizálását. Ha az arrestin a rhodopsintôl elválik, ismét kapcsolódik a 11-cis retinalhoz, amely az all-trans formából regenerálódott. Ezáltal a rhodopsin ismét aktiválható. Mi a funkciója a transducin-nak? A transducin a G-proteinek családjába tartozik és ennek megfelelôen 3 alegységbôl, az α, β és γ alegységbôl épül fel. Az α alegység inaktív állapotban GDP-t köt meg. Az aktív rhodopsinon keresztül a GDP-t GTP váltja fel, a transducin szétesik az aktív α-alegységre, amely a GTP-hez van kötve és a βγ-alegységre. Az aktív transducinon keresztül most ismét aktiválódik egy phosphodiesterase. Ez a cGMP-t 5’GMP-vé változtatja, ezáltal a cGMP-tükör szint csökken. Ezáltal a Na+/Ca2+-csatornák elzáródnak, így a cella hiperpolarizált lesz és több közvetítô nem kerül kiválasztásra. A cGMP-n keresztül a Na+/Ca2+ csatornák ellenôrizve vannak – ha a cGMP-koncentráció magas a sejtben, a csatornákhoz köti azt és ezáltal kinyitja azokat. Ha a cGMP-koncentráció alacsony, leválnak a cGMP molekulák a csatornákról, aminek következtében azok bezáródnak. Foglaljuk össze: a szemben 2 látórendszer van, a pálcikák és a csapok, amelyek a szürkületi látásért és a színlátásért felelôsek. Mindkét rendszer vonatkozásában ugyanaz az alapelv érvényes: egy protein (opsin) rendelkezik egy megkötött szenzorral a fénykvantumok számára (11-cis retinal), ezek együtt alkotják a rhodopsint. Fényben megváltozik a protein háromdimenziós struktúrája és egy biokémiai kaszkád-rendszerû reakción keresztül jelzés indul az agy felé. A látás és a szaglás összehasonlítása Érdekes, hogy a szaglás folyamatában olyan molekulák vesznek részt, amelyek nagyon hasonlatosak a látáséhoz. Alapvetô különbséget jelent mindenesetre a következô tény: látáskor 4 különbözô opsin létezik és kölcsönös összekapcsolódással történik a benyomások összehangolása. A szaglás esetében ezzel szemben különbözô receptorok ezrei léteznek, mivel a különbözô szignálmolekulák is ezres nagyságrendûek, amelyek kémiailag definiált szerkezettel és geometriával rendelkeznek. A kulcs-lakat elv alapján ezeket a szignál-leadókat célzottan fel kell ismerni. Ha a molekula felismerésre és lekötésre került, az inger feldolgozása hasonlóan történik a látáséhoz. Központi szerepet játszanak ebben a G-proteinhez kapcsolt receptorok. A természetben is (vagy éppen ott) érvényes: ha egy rendszer egyszer sikeresnek bizonyult, újra és újra alkalmazásra kerül. És így történik az információ átvitele is a sejtekben a legkülönbözôbb területeken ugyanazon elv alapján: A sejtmembránban van egy receptor. Ez a receptor egy protein 7 transzmembrán-átjáróval. A sejt belsô oldalán ez a receptor egy G-proteinhez kapcsolódik. Ha most egy szignál kötôdik a receptorhoz, ez megváltoztatja annak szerkezetét, ami által lehetôvé válik a szignál továbbítása a sejtben. A szaglás során az illatanyag a receptorhoz kötôdik, amely ezáltal aktiválódik és elôsegíti a GDP GTP-re történô kicserélését a G-proteinen. A G-protein disszociál az ismert alegységekre, a Gα-alegység aktiválja az adenylylcykalse-t, amely katalizálja a cAMP termelést az ATP-bôl. Ezáltal megnyílnak a cAMP vezérelte Ca2+-csatornák és a Ca2+ beáramlik a sejtbe. A Ca2+ beáramlás következtében ismét Ca2+ vezérelt Cl-csatornák nyílnak meg, Cl áramlik ki, depolarizálja a sejtet, ami újabb elektromos jelzést vált ki az agyban. A sejtbe beáramló Ca2+ ismét csökkenti a kationcsatorna affinitását a cAMP iránt, úgy hogy a rendszer érzékenysége az illatanyaggal szemben csökken. A GTP hidrolizálásával GDP keletkezik, a cAMP-ot a phosphodiesterase hidrolizálja, egy receptorkinase foszforilálja a receptort és ezzel inaktiválja, az illatanyagot elszállítják és a rendszer ismét visszatér a kiindulási helyzetbe. A kb. 1000 illatreceptor mellett további több ezer receptor ismert, amelyek a G-proteinekhez kapcsolódnak, így pl. neurotransmitterek, hormonok és enzimek. Ebbôl logikusan következik, hogy a G-protinhez kapcsolódó receptorok rendkívül érdekes célmolekulák bizonyos betegségek terápiája szempontjából. Tegyünk ezért végül egy rövid kitérôt a gyógyszerkutatás irányába: A gyógyszerkutatás kezdeteit úgy kb. 100 évvel ezelôtt még az intuíció, a logikus végkövetkeztetések, de nem utolsó sorban egy nagy adag véletlen határozta meg. Kb. a 20. század második fele óta kezdôdött a rendszeres kutatás új gyógyszeranyagok után. Ennek során a cél az volt, hogy jobban sikerüljön megérteni a kémiai szerkezet és biológiai hatás közötti összefüggéseket. A legfontosabb területek a gyógyszerkutatásban a következôk voltak: - Az enzimek : ezek állítják elô a testben mindazokat az anyagokat, amelyek részt vesznek az életfolyamatokban vagy szabályozzák más enzimek aktivitását - A receptorok: ezek fogadják a kémiai jeleket, továbbítják azokat és kiváltják a fiziológiai folyamatokat - Az ioncsatornák: ezek nyílnak meg a szignálok hatására és áramoltatnak bizonyos ionokat a magasabb koncentrációjú közegbôl egy alacsonyabb koncentrációjú közegbe - A szállító molekula: ezek raktározzák az ionokat vagy anyagcseretermékeket és szállítják ôket energia felhasználásával a koncentrációtól függetlenül a sejtmembránon keresztül. Az úgynevezett kombinatív kémia fejlôdésével mintegy 20 évvel ezelôtt új szakasz kezdôdött a kutatásban. A különbözô építôelemek szisztematikus kombinációjával számtalan új anyagot lehetett elôállítani- és a megfelelôen automatizált in vitro kísérleti rendszerekkel – hatásuk vizsgálhatóvá vált. Ennek során az új gyógyszerek iránti kutatás gyakran a tûnek a szalmakazalban való megkereséséhez kezdett hasonlítani. Ennek a technikának a problematikáját az egyik kutató találó módon a következôképpen fogalmazta meg: „Egy tûnek a szalmakazalban történô megkeresését nem segíti elô, ha egyre növeljük a szalmakazal nagyságát”. Az újonnan kifejlesztett számítógépes programokkal ma célzottan lehet kutatni: kifejlesztik egy protein kötôdési pontjának háromdimenziós szerkezetét (pl. egy receptorét), amihez egy ligandot (elsôdleges üzenetvivôt) terveznek; ennek során meg kell próbálni úgy kialakítani a ligand szerkezetét, hogy az illeszkedjen a feltételezett kötôdési pontokhoz. Összegezve: ha ismert a hatásmechanizmus és ismerjük a protein kötôdési pontjának szerkezetét, a megfelelô ligandot relatíve célzottan lehet megtervezni. Ezáltal teljesen új dimenziókat kap a gyógyászati ill. a gyógyszerkutatáson kívüli „funkcionális élelem”, a táplálék-kiegészítôk és különösen a modern élelmiszerek kutatása. Ennek az elméletnek a bázisán fejleszti ki a Nova Nutria GmbH. modern funkcionális táplálék-kiegészítôit, élelmiszereit és kozmetikai termékeit. A hatásmechanizmusoknak a receptori szinten történô feltárása, a közvetítô anyagokhoz történô kötésnek és szignál-közvetítô mechanizmusaiknak a megismerése teszi lehetôvé, hogy a gyógyszerkutatáshoz hasonlóan célzott kutatás folyjon az egészség fejlesztése és/vagy megôrzése érdekében az élelmiszerek bázisán is, anélkül azonban, hogy azokat gyógyszernek minôsítenénk, mivel a kutatás célja nem hatások elérése, hanem célzottan az, hogy tápanyagok, másodlagos növényi anyagok, nyomelemek, ásványi anyagok és egyéb növényi anyagok táplálék-alapanyagként szolgáljanak farmakológiai hatások nélkül. Kidolgozta és dokumentálta: Dr.rer.nat. Hans Dieter Weiss A N... N..... tudományos tanácsának tagja és a továbbképzés munkatársa (A cikket beküldte: ringolina) Ajánld ezt a cikket ismerôseidnek!
FIGYELEM!
Egy nagyon rövid kérdőív kitöltésével LCD televíziót vagy vásárlási utalványokat nyerhetsz! Ha időben jelentkezel a játékra, nyerési esélyed többszörös lesz! Kattints a képre, és regisztrálj, hogy nyerhess!  |
|
Minden jog fenntartva © 2010, www.egeszsegtipp.hu | Médiaajánlat | Jogi nyilatkozat | Kapcsolat: info (kukac) egeszsegtipp.hu