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Passive elektrogene Transportprozesse durch die Membran von Humanerythrozyten und Erythrozyten von gesunden und Malaria-infizierten Hühnern

Lars Kästner

ISBN 978-3-89722-511-4
120 Seiten, Erscheinungsjahr: 2001
Preis: 40.50 €
Alles Leben auf der Erde beruht auf der Kompartimentierung von wässrigen Flüssigkeiten in Zellen und einer Ungleichverteilung verschiedener Substrate im Inneren und außerhalb der Zelle. Eine wesentliche Bedeutung kommt dabei der Verteilung der monovalenten Kationen Na+ und K+ zu.

So beträgt die Konzentration von Natrium in der Zelle (10 mM) nur ein Fünfzehntel im Vergleich zum extrazellulären Medium und die Konzentration von Kalium in der Zelle (140 mM) ist das zirka 30-fache der extrazellulären Konzentration. Diese Konzentrationsunterschiede verursachen ein Membranpotential, das bei Erythrozyten in der Größenordnung von ?10 mV liegt. Zur Realisierung der Konzentrationsgradienten besitzt jede Zelle in der sie umgebenden Zellmembran verschiedene Ionentransportsysteme. In der roten Blutzelle des Menschen (Humanerythrozyten) sind diese Transporter bisher am detailliertesten untersucht worden. Werden Humanerythrozyten in einer Lösung geringer Ionenstärke suspendiert und alle bekannten Transportsysteme blockiert, zeigen sie einen drastischen Anstieg des Restfluxes (Ouabain-, Bumetanid- und EGTA-insensitiver Transport) von Natrium und Kalium.

Dieser Restflux wurde bereits in der Vergangenheit intensiv mit Hilfe von Flux-Messungen bzw. tracerkinetischen Methoden untersucht. Obwohl diesbezüglich Fortschritte erzielt wurden, konnte der Restflux nicht vollständig erklärt werden. Daher sollte im Rahmen dieser Arbeit mit Hilfe der Patch-clamp Technik geklärt werden, ob bzw. welche passiven elektrogenen Transporter, insbesondere Ionenkanäle, am Natrium/Kalium-Restflux an Humanerythrozyten beteiligt sind. Parallel zu dieser Arbeit wurde mit Hilfe von Fluoreszenzmessungen ein K+(Na+)/H+-Austauscher nachgewiesen, der einen Teil des Restfluxes erklärt. Gleichzeitig sollte eine mögliche physiologische Relevanz der Kanäle untersucht werden. Dabei führten die Untersuchungen unter anderem zu pathologischen Zellen. Aus methodischen Gründen wurde die Membran von Hühnererythrozyten untersucht und sowohl gesunde als auch Malaria-infizierte Hühnererythrozyten elektrophysiologisch charakterisiert.

So konnte an der Membran von Humanerythrozyten der nichtselektive Kationenkanal weiter charakterisiert werden. Ein komplexer Aspekt dieses Kanals ist die hystereseförmige Spannungsabhängigkeit, deren Ursache derzeit noch nicht bekannt ist. Eine weitere bedeutende Eigenschaft ist die eindeutige Identifikation des Kanals als Transporter für die physiologisch bedeutenden divalenten Kationen Ca2+ und Mg2+. Betrachtet man das Spannungsaktivierungsverhalten des Kanals, ist offensichtlich, dass die Charakterisierung bezüglich der Funktion in intakten Zellen unter physiologischen Bedingungen schwierig ist. Fundierte Antworten auf offene Fragen, sowohl bezüglich der normalen als auch der pathologischen Ionenhomöostase in roten Blutzellen sind daher schwer zu geben, aber es wurde versucht, hier mögliche Lösungen darzustellen. Ein an der Membran von Humanerythrozyten bekannter kleiner (zirka 10 pS) Kanal, der bisher für einen Anionenkanal gehalten wurde, muss aufgrund der Ergebnisse dieser Arbeit neu betrachtet werden. Es wurde geschlussfolgert, dass dies nur ein Protonen- oder Hydroxidionenkanal sein kann. An der Membran von Hühnererythrozyten konnten drei verschiedene Kanäle in physiologischen Lösungen nachgewiesen werden: ein nichtselektiver Kationenkanal (zirka 60 pS), der höchstwahrscheinlich Ca2+-aktiviert ist, ein weiterer kleinerer nichtselektiver Kationenkanal (zirka 20 pS) und ein Chloridkanal großer Leitfähigkeit (zirka 250 pS).

Die Vermutung, der am Humanerythrozyten vorkommende unselektive Spannungs-aktivierte Kationenkanal spiele beim Krankheitsbild der Malaria eine Rolle, konnte im Modell der Hühnererythrozyten, schon aufgrund der gegebenen Verhältnisse an der Membran der Hühnererythrozyten nicht bestätigt werden. Stattdessen wurde in Malaria-infizierten Hühnererythrozyten ein elektrogen arbeitender Transportweg identifiziert, der in der Membran roter Blutzellen von gesunden Hühnern nicht vorkommt. Diese Entdeckung klärt, dass der in Malaria-infizierten Erythrozyten gefundene relativ unspezifische Transport teilweise, wenn nicht sogar vollständig durch ein elektrogenes System realisiert wird, d.h. es liegt kein Carrier vor. Dies mag der Anfangspunkt einer Entwicklung sein, die zu einer neuen Art von Malariamedikamenten führt.

Keywords:
  • Erythrozyten
  • Patch-clamp
  • Malaria
  • Blutgerinnung
  • Membrantransport

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