Məlumat

5.0: Plazma membranlarının strukturu və funksiyasına giriş - Biologiya

5.0: Plazma membranlarının strukturu və funksiyasına giriş - Biologiya


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Hüceyrə membranı olaraq da adlandırılan plazma membranının bir çox funksiyası var, lakin ən əsası hüceyrənin sərhədlərini müəyyən etmək və hüceyrəni funksional saxlamaqdır. Plazma membranı seçici keçiricidir. Bu o deməkdir ki, membran bəzi materialların hüceyrəyə sərbəst daxil olmasına və ya çıxmasına imkan verir, digər materiallar isə sərbəst hərəkət edə bilmir, lakin xüsusi strukturun istifadəsini və bəzən hətta keçid üçün enerji sərmayəsini tələb edir.


MEMBRANLAR

Membran axıcılığı -- maye mozaika modelinə görə, zülallar və lipidlər membranda yayılır.

  • ion axınının qarşısını alır
  • ionların plazma membranından yan tərəfə aktiv daşınması.
  1. Diffuziya yolu ilə membranları keçə bilən molekulların növləri:
    • Su və kiçik lipofil üzvi birləşmələr keçə bilər.
    • Böyük molekullar (məsələn, zülallar) və yüklü birləşmələr kəsişmir.
  2. Konsentrasiya qradiyentinə nisbətən istiqamət: hərəkət YALNIZ konsentrasiya qradiyentindən AŞAĞI (daha yüksək konsentrasiyadan aşağı konsentrasiyaya).
  3. Diffuziya sürəti ondan asılıdır
    • molekulun yükü -- elektrik yükü hərəkətə mane olur.
    • ölçüsü -- kiçik molekullar böyük molekullardan daha sürətli hərəkət edir.
    • lipiddə həllolma -- daha yüksək lipiddə həll olunan molekullar daha sürətli hərəkət edir.
    • konsentrasiya qradiyenti -- membrandakı konsentrasiya fərqi nə qədər çox olarsa, diffuziya bir o qədər sürətli olar.
  4. Membrana nisbətən istiqamət: molekullar yalnız qradiyent istiqamətindən asılı olaraq hər iki istiqamətdə membranı keçə bilər.
  1. Na + , K + və Ca ++ hərəkəti üçün ion kanalları mövcuddur. Bu kanallar müəyyən bir ion növ üçün spesifikdir.
  2. Kanallar, membran potensialının nəzarəti altında açılan və bağlanan bir qapı meydana gətirən zülaldan ibarətdir.
  3. Kanallar vasitəsilə ionların hərəkəti həmişə konsentrasiya gradientindən aşağı olur.
  1. Daşıyıcı maddəni daşımaq üçün dörd funksiyanı yerinə yetirə bilməlidir.
    • Tanınma -- daşınmalı olan maddəni xüsusi olaraq bağlamaq üçün.
    • Translokasiya -- membranın bir tərəfindən digər tərəfə hərəkəti.
    • Buraxın -- membranın digər tərəfində
    • Bərpa -- daşıyıcının başqa bir nəqliyyat dövründən keçə bilməsi üçün ilkin vəziyyətinə qaytarılması.
  2. Terminologiya: Daşıyıcılara müxtəlif cür "daşıyıcılar", "daşıma sistemləri", "translokalar", "nəqliyyat sistemləri" və "nasoslar" deyilir.
  3. Daşıyıcılar bəzi xüsusiyyətlərinə görə fermentlərə bənzəyirlər.
    • Onlar ferment DEYİL, çünki kimyəvi reaksiyaları kataliz etmirlər.
    • Onlar aşağıdakı yollarla ferment kimidirlər. Onlar spesifikdir. Onların daşınan maddələr üçün Km fermentlərə bənzər dissosiasiya sabitləri var. Nəqliyyat xüsusi inhibitorlar tərəfindən inhibə edilə bilər. Onlar fermentlər kimi doyma nümayiş etdirirlər. Diffuziya, əksinə, doyma qabiliyyətinə malik deyil və konsentrasiyanın artması ilə onun sürəti artır.
  4. Nəqliyyat üçün ümumi model daşıyıcının daşınma prosesi zamanı konformasiyasını dəyişən bir zülal olmasıdır.
  5. Bəzən daşıyıcılar eyni vaxtda birdən çox molekulu hərəkət etdirirlər. Nomenklatura:
    • Uniport: bir molekul bir istiqamətdə hərəkət edir.
    • Simport: iki molekul eyni vaxtda eyni istiqamətdə hərəkət edir.
    • Antiport: İki molekul eyni vaxtda əks istiqamətdə hərəkət edir.
  1. Passiv vasitəli nəqliyyatla işləyən daşıyıcının xüsusiyyətləri.
    • Sadə diffuziyadan daha sürətli
    • Hərəkət yalnız konsentrasiya qradiyenti ilə aşağı düşür (diffuziya kimi)
    • Heç bir enerji girişi tələb olunmur -- lazımi enerji gradient tərəfindən təmin edilir.
    • Daşıyıcı daşınan maddənin strukturu üçün spesifiklik nümayiş etdirir doyma kinetikası spesifik inhibə qabiliyyəti
  2. Passiv vasitəli nəqliyyat nümunələri.
    • Bir çox hüceyrədə qlükoza nəqli. Uniport sistemi qlükozanın strukturuna bənzəyən strukturları olan maddələrin əlavə edilməsinin qlükoza daşınmasını xüsusi olaraq maneə törədə bilməsi ilə nümayiş etdirilə bilər. Qlükoza üçün spesifikdir. Qlükoza üçün K m 6,2 mM (qanda qlükoza konsentrasiyası yaxınlığındakı dəyər, 5,5 mM) Fruktoza üçün K m 2000 mM-dir Nəqliyyat prosesi qlükozanın hüceyrədən kənarda bağlanmasını əhatə edir. Daşıyıcı zülalın konformasiya dəyişikliyi. Hüceyrə daxilində qlükozanın sərbəst buraxılması. Qlükoza üçün K m-nin dəyişdirilməsinə ehtiyac yoxdur, çünki hüceyrədə qlükoza konsentrasiyası çox aşağıdır.
    • Eritrosit membranında xlorid-bikarbonatın daşınması. Bu, əvvəllər görülən 3-cü band zülalı ilə katalizlənir. Antiport sistemi: hər iki ion eyni vaxtda əks istiqamətdə hərəkət etməlidir. Sistem geri çevrilə bilər və hər iki istiqamətdə işləyə bilər. Hərəkət konsentrasiya qradiyenti ilə idarə olunur.
  1. Aktiv nəqliyyat üçün iki enerji mənbəyi var.
    • ATP hidrolizi birbaşa istifadə edilə bilər.
    • Na + gradientinin enerjisi simport mexanizmində istifadə edilə bilər. Na +-nın enerjisi qradientindən aşağı enən digər maddənin hərəkətinə səbəb olur. Lakin Na + qradiyenti ATP hidrolizi ilə qorunduğundan, ATP bu proses üçün dolayı enerji mənbəyidir.
  2. Aktiv nəqliyyatla işləyən daşıyıcının xüsusiyyətləri.
    • Maddələri konsentrasiya gradientinə qarşı (yuxarı) hərəkət etdirə bilər.
    • Enerji tələb edir.
    • Bir istiqamətlidir
    • Daşıyıcı daşınan maddənin strukturu üçün spesifiklik nümayiş etdirir, doyma kinetikası spesifik maneə törədir
  3. Maddənin daşıyıcıdan ilkin olaraq bağlandığı konsentrasiyadan daha yüksək konsentrasiyaya necə buraxıla bilər?
    • Translokazanın maddəyə yaxınlığı, ehtimal ki, translokazanın konformasiya dəyişikliyi ilə azalmalıdır.
    • Bu proses ATP şəklində enerji tələb edə bilər.
  4. Aktiv vasitəli nəqliyyat nümunələri.
    • Ca ++ nəqliyyatı Ca++ hərəkətini idarə etmək üçün ATP hidrolizindən istifadə edən uniport sistemidir. Önəm daşıyan iki Ca++ translokazı var.
      • Sarkoplazmik retikulumda, əzələ daralmasında vacibdir.
      • Plazma membranında oxşar fəaliyyətə malik fərqli bir ferment.
    • Na + -K + nasosu (və ya Na + -K + ATPaz).
      • Antiport sistemi.
      • Əhəmiyyətlilik: hər hüceyrənin plazma membranında mövcuddur, burada onun rolu Na+ və K+ qradiyentlərini saxlamaqdır.
      • Stokiometriya: Hüceyrədən 3 Na + çıxarılır və hər hidroliz edilmiş ATP üçün 2 K+ köçürülür.
      • Spesifiklik: Na+ üçün tamamilə spesifikdir, lakin K+-nı əvəz edə bilər.
      • Na + -K + nasosunun quruluşu iki növ subunitdən ibarət tetramerdir, alfa 2 beta 2 . Beta-alt birliyi qlikoproteindir, karbohidrat membranın xarici səthində yerləşir.
      • Na + -K + ATPase xüsusi olaraq kardiotonik steroid olan ouabain tərəfindən inhibə edilir. Ouabain həssaslığı, əslində, Na + -K + ATPaz üçün xüsusi bir markerdir.
      • Na + -K + ATPazın təklif olunan mexanizmi konformasiya dəyişikliyinə təsir etməkdə ATP-nin rolunu göstərir.
        • Na + hüceyrə membranının içərisinə yapışır.
        • Zülalın ATP ilə fosforlaşması səbəbindən zülal konformasiyası dəyişir və zülalın Na+-a yaxınlığı azalır.
        • Na + yarpaqları.
        • K + xaricdən bağlayır.
        • K + fermenti defosforilyasiya edir.
        • Konformasiya indi orijinal vəziyyətinə qayıdır.
        • K + indi dissosiasiya edir.
    • Na + ilə əlaqəli qlükoza nəqli bağırsaq mukoza hüceyrələrində olur. Bu, qlükoza Na+ ilə qradiyentinə qarşı daşınan simport sistemidir. Hər ikisi bağırsaq lümenindən hüceyrəyə daşınır. Na + lazımdır, hər qlükoza ilə bir Na + daşınır. Na + gradienti vacibdir, onu Na + -K + ATPaz qoruyur.
    • Bağırsağın selikli qişasının hüceyrələrində də tapılan amin turşularının Na + ilə əlaqəli daşınması da eyni şəkildə işləyir. Bu mexanizmdən istifadə edən müxtəlif spesifikliyə malik ən azı altı ferment var. Onların spesifikliyi aşağıdakı kimidir. Qısa neytral amin turşuları: ala, ser, thr. Uzun və ya aromatik neytral amin turşuları: phe, tyr, met, val, leu, ile. Əsas amin turşuları və sistin: lys, arg, cys-cys. Turşu amin turşuları: glu, asp İminoturşuları: pro və hypro Beta-amin turşuları: beta-alanin, taurin.
  1. Dörd növ siqnal var.
    • Sinir ötürülməsi
    • Hormonun sərbəst buraxılması
    • Əzələ daralması
    • Artımın stimullaşdırılması
  2. Dörd növ xəbərçi molekul var.
    • steroidlər
    • kiçik üzvi molekullar
    • peptidlər
    • zülallar
  3. Messenger hüceyrə ilə iki yolla əlaqə saxlaya bilər.
    • Hüceyrə membranı vasitəsilə diffuziya yolu ilə hüceyrəyə daxil olur (bunu steroid hormonları edir).
    • Böyük molekullar və ya yüklü olanlar plazma membranındakı reseptorla bağlanır.
  4. Bu molekullar vasitəsilə əlaqə ilə əlaqəli hadisələrə aşağıdakılar daxil ola bilər.
    • Elçinin hüceyrə ilə ilkin qarşılıqlı əlaqəsi (bir reseptor tərəfindən bağlanma).
    • İkinci dərəcəli hadisə, ikinci xəbərçinin formalaşması. (bu həmişə tapılmır).
    • Hüceyrə reaksiyası (bəzi metabolik hadisələr).
    • İşin dayandırılması (ikinci messencerin çıxarılması).
  1. Steroidlər lipidlərdə həll olunur və plazma membranı vasitəsilə yayıla bilər.
  2. Steroid hormonlarına həssas olan hüceyrələr sitozolda və ya nüvədə steroidi bağlayan xüsusi reseptor zülallarına malikdir.
  3. Reseptor-hormon kompleksi daha sonra bir şəkildə hüceyrənin metabolizmasında dəyişikliklərə səbəb olur, adətən transkripsiyaya və ya tərcüməyə təsir göstərir.
  4. Sonlanma mexanizmi aydın deyil, lakin hormonun parçalanmasını ehtiva edir.
  1. Membran reseptorları hüceyrənin xarici səthində xüsusi xəbərçi molekulları bağlayır. İki növ cavabdan hər hansı biri baş verə bilər.
    • Birbaşa cavab: reseptorla əlaqə birbaşa xəbərçiyə hüceyrə reaksiyasına səbəb olur.
    • İkinci messencerin iştirakı: Reseptora bağlanma onu dəyişdirir, ikinci xəbərçinin, təsirə səbəb olan bir molekulun istehsalına səbəb olur.
    • Hər bir halda messenger bağlanması reseptor zülalında konformasiya dəyişikliyinə səbəb olur. Messengerin bağlanması bir substratın fermentə bağlanmasına bənzəyir, çünki rəqabətli, rəqabətsiz və s.
  2. Müxtəlif messencerlər müxtəlif toxumalara bağlana bilər.
    • Dokudan asılı olaraq müxtəlif hüceyrə reaksiyaları baş verə bilər.
    • Reseptorun növündən asılı olaraq, hətta eyni toxumada da müsbət və ya mənfi reaksiyalar baş verə bilər.
  3. Hüceyrənin messencerə reaksiyası işğal olunmuş reseptorların sayından asılıdır.
    • Tipik bir hüceyrədə təxminən 1000 reseptor ola bilər.
    • Böyük (50%) cavab almaq üçün reseptorların yalnız kiçik bir hissəsini (10%) işğal etmək lazımdır.
    • Reseptorların dissosiasiya sabiti təxminən 10 eksp -11 ola bilər, bu, onların 50% doymuş olduğu xəbərçinin konsentrasiyasıdır. Beləliklə, messencerlərin çox aşağı konsentrasiyası böyük cavab verə bilər.
  1. Reseptor, membrandan bir kanal meydana gətirən mürəkkəb bir pentamerik zülaldır.
  2. Fəaliyyət mexanizmi.
      Xarici səthdə kiçik bir molekul olan asetilkolinin bağlanması kanalın açılmasına səbəb olur. (məcburi)
  3. Na + və K + kanaldan axır, membranı depolarizasiya edir. (Cavab)
  4. Reseptorun esteraz fəaliyyəti daha sonra asetilkolin hidroliz edərək, asetat və xolini sərbəst buraxır və təsirini dayandırır. (Bərpa)
  5. İndi proses təkrarlana bilər.
  1. Tərif: Bu hüceyrədaxili vasitəçiyə ikinci messenger deyilir.
  2. İkinci xəbərçinin əmələ gəlməsinin təsiri: Bir reseptor adətən ilkin effektorun bir molekulu tərəfindən stimullaşdırıldıqdan sonra ikinci xəbərçinin çoxlu molekulunu əmələ gətirdiyinə görə, ikinci xəbərçi formalaşması orijinal siqnalın gücləndirilməsi vasitəsidir.
  3. İkinci messencerin formalaşması və çıxarılması idarə edilə və modulyasiya edilə bilər.

  1. cAMP-nin strukturu: adenil turşusunun daxili (tsiklik) 3', 5'-fosfodiesteri.
  2. cAMP-nin təsir mexanizmi aktiv olmayan bir protein kinazını aktivləşdirməkdir.
    • Animasiya edilmiş aktivləşdirmə ardıcıllığı.
    • Substratının bir çox molekuluna təsir edən aktiv protein kinaz istehsal edildiyi üçün bu proses orijinal siqnalın gücləndirilməsidir.
    • Protein kinaz cAMP tərəfindən aktivləşdirildiyi üçün ona protein kinaz A deyilir.

    Reaksiya ATP < -> cAMP + PPi geri çevrilir, lakin PP-nin sonrakı hidrolizii

  • G-zülalları GTP ilə reaksiya verə bildikləri üçün belə adlandırılan zülallar sinfidir. Burada nəzərdən keçirilənlərə əlavə olaraq G-proteinləri də var.
  • G s və G i müvafiq olaraq adenil siklazanı stimullaşdırdıqları və inhibə etdikləri üçün belə adlandırılmışlar.
  • Struktur: G-zülalları alfa, beta və qamma olmaqla üç müxtəlif alt bölmədən ibarət komplekslərdir. Beta və qamma G s və G i zülallarında oxşardır. Alfa-alt vahidləri fərqlidir və müvafiq olaraq alfa s və alfa i adlanır.
  • Mexanizm: Reseptor-messenger qarşılıqlı təsiri GTP-nin alfa-alt bölmələrə bağlanmasını stimullaşdırır. Bağlı GTP ilə alfa-alt bölmə daha sonra beta-qamma kompleksindən ayrılır. Bağlı GTP ilə alfa-alt bölmə daha sonra adenil siklaza üzərində hərəkət edir. alfa s -GTP adenil siklazı stimullaşdırır. alpha i-GTP adenil siklazı inhibə edir.
  • G-proteinin alfa-alt bölməsi GTPase aktivliyinə malikdir. GTP-ni parçaladıqdan sonra orijinal trimeri yaratmaq üçün beta-qamma kompleksi ilə yenidən əlaqələndirilir.
  • Artıq əmələ gələn cAMP cAMP fosfodiesterazı tərəfindən parçalanır.
  • Hormon tədricən və spontan olaraq reseptordan ayrılır.
  1. Animasiyalı aktivləşdirmə ardıcıllığı.
  2. IP 3 və DG, fosfatidilinositol 4,5-bifosfat (PIP 2) fosfodiesteraza aktivliyinə malik olan fosfolipaz C fermenti tərəfindən sintez edilir. PIP 2 plazma membranının daxili səthinin normal kiçik komponentidir.
  3. Fosfodiesteraz membranda fosfodiesterazanı aktivləşdirən G-proteini tərəfindən idarə olunur.
  4. Mexanizm: IP 3 və DG ayrı təsirlərə malikdir.
    • IP 3 endoplazmatik retikulumdan Ca ++ buraxır. Ca ++ daha sonra müəyyən hüceyrədaxili protein kinazlarını aktivləşdirir.
    • DG plazma membranının xüsusi zülalı olan protein kinaz c-ni aktivləşdirir.
    • Nəzərə alın ki, həm IP 3, həm də DG protein kinazlarını aktivləşdirir, bu da öz növbəsində fosforlaşır və digər zülalların fəaliyyətinə təsir göstərir.
  5. Siqnalın dayandırılması bir neçə səviyyədə baş verir.
    • IP 3 hidroliz olunur.
    • Ca ++ endoplazmatik retikuluma qaytarılır və ya hüceyrədən pompalanır.
    • G-proteinin GTPase fəaliyyəti fosfolipaz C-nin fəaliyyətini dayandıraraq GTP-ni hidrolizə edir.
  6. Bir çox sistemlər IP 3 və DG-dəki dəyişikliklərə cavab verir. Təsirə məruz qalan çox sayda sistemdən xəbərdar olun.

Struktur: İnsulin reseptoru alfa və beta olmaqla iki növ subunit olan tetramerdir. Disulfid körpüləri onları bir-birinə bağlayır.


İstinadlar

Singer, S. J. & Nicolson, G. L. Hüceyrə membranlarının quruluşunun maye mozaika modeli. Elm 175, 720–731 (1972).

Liu, Y., Engelman, D. M. & amp Gerstein, M. Membran protein ailələrinin genomik analizi: bolluq və qorunan motivlər. Genom Biol. 3, 0054.1–0054.12 (2002).

Doura, A. K., Kobus, F. J., Dubrovsky, L., Hibbard, E. & amp Fleming, K. G. Ardıcıllıq konteksti GxxxG vasitəçiliyi ilə transmembran spiral-heliks dimerinin sabitliyini modullaşdırır. J. Mol. Biol. 341, 991–998 (2004).

Adams, P. D., Engelman, D. M. & amp Brunger, A. T. Qlobal axtarış yolu ilə əldə edilən qlikoforin A-nın dimerik transmembran sahəsinin strukturu üçün təkmilləşdirilmiş proqnoz. Zülallar 26, 257–261 (1996).

Stenberg, F. et al. zülal kompleksləri Escherichia coli hüceyrə zərfi. J. Biol. Kimya. 280, 34409–34419 (2005).

Wong, W., Scott, J. D. AKAP siqnal kompleksləri: məkan və zamanda mərkəz nöqtələri. Təbiət keşişi Mol. Hüceyrə Biol. 5, 959–970 (2004).

Grigorieff, N., Ceska, T. A., Downing, K. H., Baldwin, J. M. & Henderson, R. Bacteriorhodopsinin strukturunun elektron-kristalloqrafik zərifliyi. J. Mol. Biol. 259, 393–421 (1996).

Brown, D. A. & London, E. Bioloji membranlarda lipid sallarının funksiyaları. Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 14, 111–136 (1998).

Zaccai, G. Zülal nə qədər yumşaqdır? Neytron səpilməsi ilə ölçülən zülal dinamikası qüvvəsi sabiti. Elm 288, 1604–1607 (2000).

Petrache, H. I. et al. Molekulyar dinamika simulyasiyaları ilə tədqiq edilən hidrofobik uyğunluq mexanizmi. Lenqmuir 18, 1340–1351 (2002).

Mitra, K., Ubarretxena-Belandia, I., Taguchi, T., Warren, G. & Engelman, D. M. Xolesteroldan daha çox membran zülalları ilə ekzositik yol membranlarının ikiqat qalınlığının modulyasiyası. Proc. Natl akad. Sci. ABŞ 101, 4083–4088 (2004).

Williamson, I. M., Alvis, S. J., East, J. M. & Lee, A. G. Fosfolipidlərin KcsA kalium kanalı ilə qarşılıqlı təsiri. Biofizika. J. 83, 2026–2038 (2002).

Perozo, E., Kloda, A., Cortes, D. M. & amp Martina, B. Mexanosensial kanal keçidi zamanı ikiqatlı deformasiya qüvvələrinin ötürülməsinin əsasını təşkil edən fiziki prinsiplər. Təbiət quruluşu. Biol. 9, 636–637 (2002).

Abramson, J. et al. Laktoza keçiriciliyinin quruluşu və mexanizmi Escherichia coli. Elm 301, 610–615 (2003).

Fu, D. et al. Qliserin keçirici kanalın quruluşu və onun seçiciliyinin əsasları. Elm 290, 481–486 (2000).

Luecke, H., Schobert, B., Richter, H. T., Cartailler, J. P. & Lanyi, J. K. 1.55 A qətnamədə bakteriorhodopsinin strukturu. J. Mol. Biol. 291, 899–911 (1999).

Zheng, L., Kostrewa, D., Berneche, S., Winkler, F. K. & Li, X. D. AmtB-nin kristal quruluşuna əsaslanan ammonyak nəqli mexanizmi. Escherichia coli. Proc. Natl akad. Sci. ABŞ 101, 17090–17095 (2004).

Abramson, J. et al. Ubiquinol oksidazanın quruluşu Escherichia coli və onun ubiquinonun bağlanma yeri. Təbiət quruluşu. Biol. 7, 910–917 (2000).

Iverson, T. M., Luna-Chavez, C., Cecchini, G. & Rees, D. C. Struktur Escherichia coli fumarat reduktaza tənəffüs kompleksi. Elm 284, 1961–1966 (1999).

Long, S. B., Campbell, E. B. & Mackinnon, R. Bir məməlinin gərginliyindən asılı olan Shaker ailəsinin K + kanalının kristal quruluşu. Elm 309, 897–903 (2005).

Kurisu, G., Zhang, H., Smith, J. L. & amp Cramer, W. A. ​​Oksigen fotosintezin sitokrom b6f kompleksinin quruluşu: boşluğun tənzimlənməsi. Elm 302, 1009–1014 (2003).

Miyazawa, A., Fujiyoshi, Y. & Unwin, N. (2003). Asetilxolin reseptor məsamələrinin quruluşu və qapaq mexanizmi. Təbiət 423, 949–955.

Stock, D., Leslie, A. G. & Walker, J. E. ATP sintazında fırlanan motorun molekulyar arxitekturası. Elm 286, 1700–1705 (1999).

Stroebel, D., Choquet, Y., Popot, J. L. & amp Picot, D. Sitokrom b(6)f kompleksində atipik hemem. Təbiət 426, 413–418 (2003).

Xia, D. et al. Sitokrom bc1 kompleksinin kristal quruluşu iribuynuzlu heyvanların ürək mitoxondrilərindən. Elm 277, 60–66 (1997).

Zouni, A. et al. Synechococcus elongatus-dan 3,8 Å ayırdetmədə fotosistem II-nin kristal quruluşu. Təbiət 409, 739–743 (2001).

Binda, C., Newton-Vinson, P., Hubalek, F., Edmondson, D. E. & Mattevi, A. İnsan monoamin oksidaz B strukturu, nevroloji xəstəliklərin müalicəsi üçün dərman hədəfi. Təbiət quruluşu. Biol. 9, 22–26 (2002).

Bracey, M. H., Hanson, M. A., Masuda, K. R., Stevens, R. C. & Cravatt, B. F. Endokannabinoid siqnalını dayandıran bir membran fermentində struktur uyğunlaşmalar. Elm 298, 1793–1796 (2002).

Ferguson, K. M. et al. EGF, ektodomen dimerləşməsini autoinhibe edən qarşılıqlı təsirləri aradan qaldıraraq öz reseptorunu aktivləşdirir. Mol. Hüceyrə 11, 507–517 (2003).

Newton, A. C. ABC kinazalarının fosforlaşma ilə tənzimlənməsi: bir paradiqma olaraq protein kinaz C. Biokimya. J. 370, 361–371 (2003).

Kusumi, A. et al. Plazma membranı konsepsiyasının ikiölçülü kontinuum mayesindən bölünmüş mayeyə keçidi: membran molekullarının yüksək sürətli tək molekullu izlənilməsi. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struktur. 34, 351–378 (2005).

Saxton, M. J. & amp Jacobson, K. Tək hissəciklərin izlənməsi: membran dinamikasına tətbiqlər. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struktur. 26, 373–399 (1997).

Hessa, T. və başqaları. Transmembran sarmalların endoplazmatik retikulum translokonu tərəfindən tanınması. Təbiət 433, 377–381 (2005).

Picot, D., Loll, P. J. & Garavito, R. M. Membran zülalı prostaglandin H2 sintaza-1-in rentgen quruluşu. Təbiət 367, 243–249 (1994).


Bioloji membranlar

Hüceyrə səthi membranları olduqca vacibdir - onlar hüceyrəni bir yerdə saxlayır və daxil olan və çıxanları idarə edirlər. Onlar olmasaydı, bədənimiz sadəcə şorbalı bir qarışıqlıq olardı. Maddələr hüceyrə membranı vasitəsilə müxtəlif yollarla, osmos, diffuziya və ya aktiv nəqliyyat vasitəsilə hərəkət edə bilər.

Maye mozaika modeli

Plazma membranının quruluşu a-dan ibarətdir fosfolipidlərin ikiqatlı ilə zülallarxolesterin bütün struktura səpələnmişdir. The maye mozaika modeli membrandakı molekulların düzülməsini təsvir etmək üçün istifadə olunur - 'maye' Çünki fosfolipidlər daim hərəkət edir'mozaika' çünki protein molekulları var səpələnmiş mozaikadakı plitələr kimi fosfolipidlər boyunca. Biz bu konsepsiyaya a 'model' çünki odur ən yaxşı təmsil membran quruluşuna əsaslanır hazırda mövcud olan sübutlar. Plazma membranının strukturu haqqında daha çox məlumat əldə etdikcə, maye mozaika modeli yenilənə bilər.

Plazma membranının komponentləri

Fosfolipidlər: ibarətdir hidrofilik hüceyrədaxili / hüceyrədənkənar maye ilə üzləşən baş qrup və iki hidrofobik sudan uzağa, bir-birinə yönələn quyruqlar. Onlar əsas komponent plazma membranından əmələ gəlir və a maneə lipiddə həll olmayan hər hansı bir şeyə (məsələn, ionlar və qlükoza).

Qlikoproteinlər: bunlar zülallar ilə şəkər molekulları birləşdirir. kimi fəaliyyət göstərirlər tanınma saytlarıantigenlər - antigenlər hüceyrələrimizin səthindəki kiçik "bayraqlar" kimidir və bu, bədənimizə hansı hüceyrələrin bizim, hansı hüceyrələrin yad olduğunu aşkar etməyə imkan verir.

Glikolipidlər: bunlar fosfolipidlər ilə şəkər molekulları birləşdirir. Onlar qlikoproteinlərə oxşar funksiyaya malikdirlər - onlar da rol oynayırlar tanınma saytlarıantigenlər. Onlar da membran sabitliyini artırmaq formalaşdırmaqla hidrogen bağları su molekulları ilə.

Xolesterol: xolesterin a lipid fosfolipid quyruqları arasında yerləşərək onları bir-birinə yaxınlaşdırır. tənzimləyir sabitlikaxıcılıq plazma membranından.

Daxili zülallar: bunlar zülallardır hər iki qatı əhatə edir plazma membranından. kimi fəaliyyət göstərirlər kanallar və ya daşıyıcı zülallar suda həll olunan molekulların daşınması.

Xarici zülallar: bunlar üzərində olan zülallardır səthi plazma membranından. Onlar adətən kimi fəaliyyət göstərirlər fermentlər və hüceyrə daxilində kimyəvi reaksiyaları kataliz edir.

Hüceyrə membranları vasitəsilə daşınma

Molekullar plazma membranından üç yolla keçə bilər: osmos (molekul olarsa su), diffuziya (hərəkət edən bir molekuldursa onun konsentrasiyası qradientini aşağı salır) və ya aktiv nəqliyyat (hərəkət edən bir molekuldursa konsentrasiya qradientinə qarşı. üçün daha böyük maddələr Zülallar və ya karbohidratlar kimi hüceyrəyə daxil olmaq və ya çıxmaq üçün deyilən proseslərə güvənəcəklər endositozekzositoz.

Osmoz: osmos hərəkətidir su molekullar onun konsentrasiyası qradientini aşağı salır boyunca a qismən keçirici membran. Bu a passiv proses ATP şəklində enerji tələb etmir. Osmoz, məsələn, su molekullarının bitkilərin kök saç hüceyrələrinə hərəkətindən məsuldur.

Sadə diffuziya: bu molekulların hərəkətidir onların konsentrasiya gradientlərini aşağı salırlar. Molekullar sadə diffuziya ilə hərəkət etdikdə keçərlər bilavasitə fosfolipid ikiqat təbəqəsi vasitəsilə. Bu a passiv proses heç bir enerji tələb olunmur. Oksigen və karbon qazı qaz mübadiləsi zamanı alveollardan qana keçdikdə sadə diffuziya yolu ilə hərəkət edir.

Aktiv nəqliyyat prosesi.

Asanlaşdırılmış diffuziya: asanlaşdırılmış diffuziya molekulların hərəkətini əhatə edir onların konsentrasiya gradientlərini aşağı salırlar. Sadə diffuziyadan onunla fərqlənir ki, a daşıyıcı protein və ya a kanal proteini hüceyrə membranı içərisində onların bir tərəfdən digərinə keçməsinə kömək edir. Bu da a passiv proses. Asanlaşdırılmış diffuziya nümunəsi plazma membranına daxil edilmiş qlükoza daşıyıcı zülallar vasitəsilə qlükoza molekullarının qaraciyər hüceyrələrinə hərəkətidir.

Aktiv nəqliyyat: molekullar hərəkət etdikdə onların konsentrasiya gradientlərinə qarşı (beləliklə, aşağı konsentrasiyalı bölgədən yüksək konsentrasiyalı bölgəyə qədər), onlar bunu aktiv nəqliyyatla edirlər. Bu daxildir a daşıyıcı protein molekulu membranın bir tərəfindən digər tərəfə daşıyan. Bu bir aktiv enerjini buraxmaq üçün ATP-dən istifadə edir. Buna misal olaraq qlükozanın bağırsağın villisindən qana nəqlini göstərmək olar.

Endositoz: maddələr olarsa çox böyük membranı keçmək üçün endositoz yolu ilə hüceyrəyə daxil olurlar. Hüceyrə maddəni əhatə edir və membranını ətrafına bükür. Sonra membran çimdikləyir üçün udmaq a səbəb olan maddə vezikül qəbul edilən maddəni ehtiva edən hüceyrə daxilində əmələ gəlmək. Bu bir aktiv proses ATP şəklində enerji tələb edəcəkdir. Endositozun nümunəsi faqositlərin həyata keçirməsidir faqositoz, burada faqosit onu məhv etmək üçün bütöv bir bakteriyanı əhatə edir.

Ekzositoz: nə vaxt böyük Hormonlar və həzm fermentləri kimi maddələrin hüceyrədən çıxması lazımdırsa, bunu ekzositozla edirlər. Bu maddələr içəridə olacaq veziküllər plazma membranına doğru hərəkət edən və qoruyucu Bununla. Bu, maddələrin ya olmasına səbəb olur hüceyrədən kənarda buraxılır ya da olacaqlar birbaşa membrana daxil edilir (məsələn, əgər maddə membran zülalıdırsa). Ekzositoz bir aktiv ATP tələb edən proses.

Hüceyrə membranının quruluşunun tədqiqi

Hüceyrə membranlarının keçiriciliyi kimi şeylərdən təsirlənir temperatur, pHetanol. Bu amillərdən birinin membran keçiriciliyinə təsirini müəyyən etmək üçün sizdən bir təcrübə təsvir etmək tələb oluna bilər. İstifadə edilən bu təcrübələr a olan bitki hüceyrələrini əhatə edir rəngli piqment, çuğundur kimi, çünki biz asılı olaraq membran keçiriciliyinin miqdarını ölçə bilərik nə qədər piqment sızır hüceyrələrə və ətrafdakı məhlula daxil olur. Bu tip eksperimentin metodu aşağıda təsvir edilmişdir:

  • Bərabər ölçülü səkkiz silindr çuğunduru hazırlayın. Bu nümunələri belə edin mümkün qədər oxşar, məs. hər bitkinin eyni hissəsindən kəsilməklə. Durulayın kəsmə zamanı buraxılan hər hansı bir piqmenti çıxarmaq üçün hər bir parça.
  • Əgər temperaturun təsirini araşdırırsınızsa, səkkiz hazırlayın su hamamları 0-70 o C arasında dəyişən temperatur.
  • olan bir sıra sınaq boruları hazırlayın eyni həcmdə su (məsələn, 10 sm 3 ). Boruları beş dəqiqə müxtəlif suya qoyun.
  • Səkkiz sınaq borusunun hər birinə bir çuğundur nümunəsi qoyun. 15 dəqiqə buraxın.
  • Hər borudan çuğundur parçalarını çıxarmaq üçün forsepslərdən istifadə edin. Rəngli mayeni saxlayın və küvetə köçürün.
  • istifadə edin a kolorimetr nə qədər ölçmək üçün işıq udulur hər bir maye ilə. Məhlul nə qədər qaranlıq olarsa (yəni membran nə qədər keçirici olarsa), bir o qədər çox işıq udulur.
  • çəkmək a qrafik hiylə qurma temperatura qarşı absorbsiya.

Temperatur və membran keçiriciliyi

Temperaturlarda donmadan aşağı, the keçiricilik hüceyrə membranlarından artır ildən zülallar membranda açılır və olur deformasiyaya uğramışdır. Membrandakı molekullar var az miqdarda enerji ona görə də çox hərəkət edə bilməz. Fosfolipidlər bir-birinə sıx şəkildə yığılır və bu da membranı əmələ gətirir sərt. Temperaturlar kifayət qədər aşağı düşdükdə buz kristalları meydana gətirə bilər ponksiyon hüceyrə membranı yenidən əridikdə keçiriciliyini artıran və hüceyrəni zədələyən membran.

temperaturları arasında O o C və 45 o C, membranlardır qismən keçirici. Temperatur artdıqca, membrandakı komponentlər kinetik enerji qazanır və daha çox hərəkət edir. The daha çox maye membrandır, daha çox maddələrin keçməsinə imkan verir.

Temperatur kimi 45 o C-dən çox, keçiriciliyi sürətlə artır çünki zülallar membranda olur denatürasiya edilmiş və açılmağa başlayın. Bundan əlavə, hüceyrə sitoplazmasının içindəki su genişlənir, hüceyrə membranına təzyiq göstərir və ikiqat içərisində boşluqlar yaradır.


Oksigen daşıma qabiliyyəti

Halbuki yalnız 0,03 ml O2 * L 𢄡 * mmHg 𢄡 PO2 37ºC-də fiziki məhlulda qanda daşına bilər, bir qram Hb bağlana bilər.

1,34 ml O2. Beləliklə, qan həcminə görə normal miqdarda Hb olması O-nun miqdarını artırır2 təxminən 70 dəfə nəql edilə bilər ki, bu da normal toxuma O-nu qarşılamaq üçün tamamilə vacibdir2 tələb. Beləliklə, Hb-nin artmasının O-nun miqdarını da artırdığı aydındır2 toxumalara çatdırıla bilən (Şəkil ​ (Şəkil 1). 1). Əslində, O2 qırmızı qan hüceyrələrinin infuziyasından sonra performans artımından (Berglund və Hemmingson, 1987) və ümumi Hb ilə maksimal O arasında güclü korrelyasiyadan göründüyü kimi nəqliyyat qabiliyyətinin birbaşa aerobik performansla əlaqəli olduğu aşkar edilmişdir.2 qəbulu (VO2,maks) idmançılarda (bax. Sawka et al., 2000 Schmidt and Prommer, 2010). Calbet və başqaları aşkar etdilər ki, O2 daşıma qabiliyyəti də performansı dəyişir (Calbet et al., 2006). Beləliklə, aerobik atletik performansın yüksək O-ya sahib olması açıq bir üstünlükdür2 nəqliyyat qabiliyyəti.

O-nu qiymətləndirmək üçün tələb olunan parametrlər2 daşıma qabiliyyəti qanda Hb konsentrasiyası (cHb) və hematokrit (Hct), həmçinin ümumi Hb kütləsi (tHb) və dövriyyədə olan qırmızı qan hüceyrələrinin ümumi həcmidir (tEV). cHb və Hct standart hematoloji laboratoriya avadanlığı ilə ölçmək asandır. SO ilə birlikdə2 O miqdarını göstərirlər2 ki, ürək çıxışının vahid həcminə görə periferiyaya çatdırıla bilər. tHb və tEV O-nun ümumi miqdarını göstərir2 qanla nəql edilə bilər. Böyük tHb və tEV O-nu yönləndirməyə imkan verir2 yüksək O olan orqanlara2 bazal O saxlayarkən tələb2 az aktiv toxumalarda tədarük edilir. Onlar plazma həcmində (PV) cHb və Hct dəyişikliklərindən təsirləndikləri üçün müvafiq olaraq tHb və tEV haqqında nəticə çıxarmağa imkan vermirlər.

İdmançılarda cHb, Hct və qırmızı qan hüceyrələrinin sayına dair nəticələr və onların sağlam, oturaq insanlarda əldə edilən dəyərlərlə müqayisəsi qırmızı qan hüceyrələrinin həcminin və PV-nin müstəqil olaraq dəyişməsi və bu parametrlərin hər birinə təsir edən bir çox amillər səbəbindən ziddiyyətlidir ( aşağıya baxın). İdmançılar üçün tHb və tEV üçün normal dəyərlərin müəyyən edilməsi, qan və eritropoetin (EPO) dopinqi kimi aerob qabiliyyətini artırmaq üçün vasitələrdən istifadə imkanları ilə daha da çətinləşir.

İdmançılarda hematokrit

Bir çox, lakin bütün tədqiqatlar oturaq idarələrə nisbətən idmançılarda Hct-nin daha aşağı olduğunu göstərir (Broun, 1922 Davies and Brewer, 1935 Ernst, 1987 Sawka et al., 2000). Bununla belə, bir sıra tədqiqatlar da normal Hct-dən yüksək olduğunu bildirir. Yüksək dərəcədə artan Hct qanın viskozitesini artırır və ürəyin iş yükünü artırır (El-Sayed et al., 2005 Böning et al., 2011). Buna görə də ürəyin həddindən artıq yüklənməsi riskini daşıyır.

Bir çox tədqiqatlar göstərdi ki, Hct oturaq şəxslərə nisbətən idmançılarda daha aşağı olur (Broun, 1922 Davies and Brewer, 1935 Remes, 1979 Magnusson et al., 1984 Selby and Eichner, 1986 Ernst, 1987 Weight et al., 1992). Bunu Sharpe et al. (2002) idmançılar üçün istinad Hct və Hb dəyərlərinin yaradılması zamanı. Bunu aşkar etdi

Müxtəlif ölkələrdən olan 1100 idmançı qadınların 85%-nin və kişilərin 22%-nin Hct dəyərləri 44%-dən aşağı idi. VO ilə göstərilən Hct-nin təlim statusu ilə tərs korrelyasiya tendensiyası2,maks, həmçinin göstərilmişdir (Heinicke et al., 2001). Bununla birlikdə, oturaq nəzarət edənlərin və idmançıların kiçik bir hissəsində Hct normaldan daha yüksəkdir. Sharpe və başqaları. (2002) öz tədqiqatlarında bütün qadınların 1,2%-nin və kişilərin 32%-nin Hct > 47% olduğunu aşkar etdi. 43 aylıq tədqiqat dövrü ərzində qadın və kişi elit idmançıları və nəzarətləri izləyərkən Vergouwen (Vergouwen et al., 1999) Hct 50% olan 6 kişi nəzarəti və 5 kişi idmançı və 5 qadın nəzarəti tapdı, lakin heç bir qadın idmançı yoxdur. a Hct > 47%.

Məşq zamanı hematokrit

Hct-də dəyişikliklər sürətlə baş verir. Hct məşq zamanı mayenin dəyişdirilməsi qeyri-kafi olduqda PV-nin azalması səbəbindən məşq zamanı artır (Costill et al., 1974). Tərləmə nəticəsində maye itkisi, osmotik aktiv metabolitlərin yığılması səbəbindən plazma suyunun hüceyrədənkənar boşluğa sürüşməsi və kapilyar hidrostatik təzyiqin artması nəticəsində filtrasiya baş verir (Convertino, 1987). Plazma zülalının nəticədə artması onkotik təzyiqi artırır və beləliklə, mayenin çıxmasını mülayimləşdirir (Harrison, 1985). Dəyişikliklər üzgüçülük zamanı qaçış məşqindən daha az nəzərə çarpır, burada daldırma və qan həcminin yenidən paylanması, həcm tənzimləyici hormonlardan asılı olmayaraq PV-də dəyişikliklərə səbəb olur (Böning et al., 1988). Qırmızı qan hüceyrələrinin dalaqdan katekolamin tərəfindən induksiya edilməsi nəticəsində hematokritdə artım ehtimalı azdır, lakin digər növlərdə aşkar edilmişdir (Stewart və McKenzie, 2002).

Hematokritdə uzunmüddətli dəyişikliklər

Son araşdırmada Thirup (2003) mövzu daxilində dəyişkənliyi bildirir

600-dən çox sağlam, siqaret çəkməyən, əsasən oturaq insan üzərində 12 tədqiqatı nəzərdən keçirərkən və ölçmələr gündən-günə qədər olan nümunə intervallarında təkrarlandıqda 3%

2 ay. Sawka və başqaları. 18 araşdırmadan əldə edilən məlumatları ümumiləşdirdi və məşq seanslarından sonra PV və qan həcminin sürətlə artdığını, qırmızı hüceyrə həcminin isə bir neçə gün ərzində dəyişməz qaldığını, Hct dəyərlərinin bir neçə gün ərzində azaldığını göstərir (Sawka et al., 2000). Hct dəyişikliyinin miqyası məşq seansları zamanı məşq intensivliyindən və məşq növündən asılıdır (bax: Hu və Lin, 2012). Təlim müdaxiləsindən bir neçə həftə sonra yeni sabit vəziyyət yarandı və Hct məşqdən əvvəlki dəyərlərə qayıtdı (Sawka et al., 2000). Məşqdən sonra PV-də artım və yüksək təlim keçmiş idmançılarda artan PV (məsələn, Hagberg et al., 1998 Sawka et al., 2000 Heinicke et al., 2001 Schumacher et al., 2002) çox güman ki, aldosterona bağlı böyrək funksiyasından qaynaqlanır. Na + reabsorption, and by water retention stimulated by elevated antidiuretic hormone in compensation for the water loss during individual training sessions (Costill et al., 1976 Milledge et al., 1982).

There appear to be quite large seasonal variations in Hct (relative change up to 15%) with lower values in summer than in winter that might result in season-to-season changes from

42% in summer and 48% in winter as found among several thousand study participants. Seasonal changes depend on climatic effects with larger differences in countries closer to the equator (Thirup, 2003). Studies of seasonal changes in Hct of athletes are sparse but indicate that Hct might be decreased by another 1𠄲% in summer by addition of a training effect.

The decreased Hct in athletes has been termed “sports anemia.” For a long time it had been explained with increased red blood cell destruction during exercise and thus appeared to be the same phenomenon as the well-known march hemoglobinuria (Broun, 1922 Kurz, 1948 Martin and Kilian, 1959). Intravascular destruction of red blood cells occurs at shear stresses between 1000 and 4000 dyn/cm 2 (Sutera, 1977 Sallam and Hwang, 1984), values well above physiological values at rest (Mairbäurl et al., 2013). It is related to the intensity and the kind of exercise (Yoshimura et al., 1980 Miller et al., 1988). Foot strike in runners has been the most often reported reason for intravascular hemolysis (Telford et al., 2003), which can be prevented by good shoe cushioning (Yoshimura et al., 1980 Dressendorfer et al., 1992). It also occurred during mountain hiking (Martin et al., 1992), in strength training (Schobersberger et al., 1990), karate (Streeton, 1967), in swimmers (Selby and Eichner, 1986 Robinson et al., 2006), basketball, Kendo-fencing, and in drummers (Schwartz and Flessa, 1973 Nakatsuji et al., 1978). Running exercise has been found to increase plasma hemoglobin from

120 mg/liter indicating that about 0.04% of all circulating red blood cells were lyzed (Telford et al., 2003). Exercise had been shown to alter red blood cell membrane appearance in correlation with elevated haptoglobin (Jordan et al., 1998). Senescent red blood cells may be particularly prone to exercise induced intravascular hemolysis as indicated by a decreased mean red blood cell buoyant density and a density distribution curve that was skewed toward younger, less dense cells in trained individuals indicated by increased levels of pyruvate kinase activity, 2,3-DPG and P50, higher reticulocyte counts (Mairbäurl et al., 1983). Other possible reasons for “sports anemia” under discussion are nutritional aspects such as insufficient protein intake and altered profile of blood lipids (for review see Yoshimura et al., 1980), and iron deficiency (Hunding et al., 1981).

Total hemoglobin mass (tHb) and total red blood cell volume (tEV)

As indicated above, PV is prone to acute changes, whereas changes in total red blood cell mass (or volume) are slow due to slow rates of erythropoiesis (Sawka et al., 2000). Therefore, total hemoglobin and/or red blood cell volume has to be measured in addition to cHb and Hct to obtain a reliable measure of the oxygen transport capacity. Several methods have been applied to determine these parameters.

Grehant and Quinquard (1882) were the first to describe blood volume measurements by use of carbon monoxide (CO)-rebreathing. This method is based on the much higher affinity of Hb to CO than to O2 (for review see Mairbäurl and Weber, 2012), which allows using CO in an indicator dilution method. It has been used to measure the fraction of blood mass relative to body mass by Arnold et al. (1921). The technique has been improved considerably by Sjostrand by advancing the method to estimate carboxy-hemoglobin (Sjostrand, 1948). To date CO rebreathing or inhalation has been further improved (Godin and Shephard, 1972 Schmidt and Prommer, 2005). MCHC is then used to calculate tEV, and Hct to estimate total blood volume. Total red blood cell volume can be determined directly after injection of 99m Tc-labeled red blood cells (Thomsen et al., 1991). By indirect means, total red blood cell volume can also be calculated from Hct after measuring the PV using Evans blue (T-1824), which binds to albumin, and by injection of 125 iodine-labeled albumin. Several of these methods have been compared by Thomsen et al. (1991) who reported a correlation of r = 0.99 between PV measured by 125 I-albumin and Evans blue, and showed that PV calculated from measuring tEV with labeled red blood cells was about 5�% lower than that from labeling albumin.

Applying these techniques Kjellberg et al. found that trained individuals had increased tHb (Kjellberg et al., 1949), a result that has been confirmed many times thereafter both by comparing groups of individuals with different training status and by measuring tEV before and after prolonged training periods (for a recent review see Sawka et al., 2000). Schmidt and Prommer summarized recently that different training modalities vary in their effects on tHb, where they put the main emphasis on training in hypoxia (Schmidt and Prommer, 2008). In summary, these studies show that an increase in tHb by 1 g achieved e.g., by administration of erythropoietin, increased VO2,max tərəfindən

3 ml/min (Parisotto et al., 2000 Schmidt and Prommer, 2008). From the correlation shown by Heinicke et al. (2001) it can be derived that an increase in 1 g of tHb per kg body weight (g/kg) increased VO2,max tərəfindən

5.8 ml/min/kg, where non-athletes (though with a rather high VO2,max of 45 ml/min/kg) had a tHb of 11 g/kg and their best athletes (average VO2,max = 71.9 ml/kg) had a tHb of 14.8 g/kg (Heinicke et al., 2001). Their findings fit well to the results reported by Kjellberg, who found a 37% higher tHb in elite athletes than in untrained individuals (Kjellberg et al., 1949). Schmidt and Prommer (2008) combined results from several of their studies and found a change in VO2,max of 4.2 ml/min/kg in males and of 4.4 ml/min/kg in females per change in tHb of 1 g/kg with very high correlation coefficients (r

0.79), whereas there was no correlation between VO2,max and Hb or Hct. However, there are also reports on a lack of difference in tHb between sedentary and trained individuals (Green et al., 1991). As mentioned above all these studies bear the burden of uncertainty that athletes may have taken measures to increase performance, which makes it difficult to establish “normal values” of tHb and tEV for athletes.

Different duration of exercise training (weeks vs. months) appear to explain the diverging results in the studies on tHb and training. Sawka et al. (2000) found no increase when training lasted less than 11 days. Also most studies on 4� months of training showed no or only small effects their own longitudinal study on “leisure sportsmen” resulted in an increase in tHb by

6% in the course of a 9-month endurance training (summarized in Schmidt and Prommer, 2008) indicating that adjustments of tHb and tEV by training are slow, and that a pronounced increase may require several years of training.

Sedentary high altitude residents have an increased tHb in comparison to their low altitude counterparts, where blood volume has been found to be increased from

100 ml/kg (Hurtado, 1964 Sanchez et al., 1970). Results on sojourners to high altitude indicate that, similar to training, the increase in tHb and blood volume is also slow requiring weeks to months of high altitude exposure. At high altitude, the increase may be masked by a decrease in PV (Reynafarje et al., 1959). Therefore, a short-term stay at moderate and high altitude will not increase tHb and tEV (Myhre et al., 1970). A summary of 14 different studies Sawka et al. (2000) shows that several studies found no change in tEV upon ascent whereas some did, and explained discrepancies with the difference in the duration of exposure to high altitude. A gain in tEV between 62 and 250 ml/week was found when the sojourn lasted about 3 weeks.

Based on the raise in tEV upon ascent to high altitude and by training in normoxia it was concluded that effects of training and high altitude exposure on tHb might be additive, and that training at simulated altitude or by ascent to moderate or high altitude should cause an even further increase than training in normoxia. However, results are inconsistent ranging from no effect (Svedenhag et al., 1997 Friedmann et al., 1999) to a pronounced increase after 3𠄴 weeks of training at altitudes between 2100 and 2400 m (Levine and Stray-Gundersen, 1997 Friedmann et al., 2005 Heinicke et al., 2005). Lack of effects has in part been explained with lower training intensities at high than at low altitude, which is due to the decrease in performance with increasing altitude (Cerretelli and DiPrampero, 1985). Several strategies have been developed aimed at improving the training efficiency while still 𠇌onsuming” adjustments to hypoxia, one being the “sleep-high-train-low” protocol. Current concepts and concerns are reviewed in (Richalet and Gore, 2008 Stray-Gundersen and Levine, 2008 Robach and Lundby, 2012). Results are unclear, and often show no effect on tHb [e.g., in a well-designed, Placebo-controlled study by Siebenmann et al. (2012)]. A thorough analysis reveals that more than 14h per day of exposure to hypoxia seem to be required to attain a detectible increase in tHb and tEV (analysis in Schmidt and Prommer, 2008).

Control of erythropoiesis

It has been recognized by Bert (1882) that live at high altitude corresponds with increased hemoglobin, and later that Hct, Hb, and tHb are increased (Reynafarje et al., 1959 Hurtado, 1964 Sanchez et al., 1970), which was later recognized to be associated with elevated levels of erythropoietin (Mirand and Prentice, 1957 Scaro, 1960 Siri et al., 1966). The elevated tEV is thought to compensate for the decreased arterial O2-content when the inspired PO2 aşağıdır. Stimulation of vascularization by the vascular endothelial growth factor, VEGF, is another means warranting tissue O2 supply in chronic hypoxia (for review see e.g., Marti, 2005). Both processes depend on sensing hypoxia within typical target cells and specific signaling pathways that adjust the expression of specific genes.

One such oxygen dependent mechanism is the control of expression by hypoxia inducible factors, HIF (Semenza, 2009). Active HIF consists of alpha and beta subunits. The beta subunit (HIF-β, also called ARNT) is expressed constitutively and is not directly affected by oxygen levels (Semenza, 1999). There are several isoforms of the alpha subunit, where HIF-1α seems to mainly control metabolic adjustments such as glycolysis (Hu et al., 2003), and HIF-2α has been identified as the major regulator of erythropoiesis (Scortegagna et al., 2005 Gruber et al., 2007). In hypoxia, the hydroxylation of HIF-alpha subunits by prolyl-hydroxylases (PDH) is prevented due to the lack of O2 required as a direct substrate, which then prevents the hydroxylation-dependent poly-ubiquitinylation by the Van Hippel-Lindau tumor suppressor pVHL-E3 ligase and subsequent proteasomal degradation (Schofield and Ratcliffe, 2004) resulting in increased protein levels of HIF alpha subunits. Upon stabilization, alpha subunits enter the nucleus, where they dimerize with HIF-β. The dimer binds to a specific base sequence in the promoter region of genes called hypoxia response element, HRE, to induce the expression of genes (for recent reviews see (Semenza, 2009 Haase, 2010)). Besides stabilization, HIF-alpha subunits are also controlled at the transcriptional level (Görlach, 2009 Semenza, 2009).

In his review Haase (2010) nicely summarizes the experiments that led to the conclusion that HIF-2α is the major regulator of EPO production in liver (fetal) and kidney (adults), but that there are also a variety of different direct and indirect mechanisms. As shown in the scheme provided by Semenza (2009), although at that time related to actions of HIF-1α rather than HIF-2α, it can be seen that hypoxia controlled gene expression regulates not only the expression of EPO but also the expression of proteins whose action is a prerequisite for erythropoiesis such as EPO-receptors, iron transporters mediating intestinal iron reabsorption, and transferrin and transferrin receptors required for iron delivery to peripheral cells.

In the adult, the oxygen sensor controlling EPO production is in the kidney, where the cells producing EPO have been shown to be peritubular fibroblasts in the renal cortex (Maxwell et al., 1993 Eckardt and Kurtz, 2005). EPO production can be induced by two kinds of hypoxia: one is a decreased PO2 in the kidney and in other tissues while the hemoglobin concentration is normal such as in hypoxic hypoxia. The other is called anemic hypoxia, where the hemoglobin concentration is decreased and but arterial PO2 is normal resulting in a decreased venous PO2 (Eckardt and Kurtz, 2005). There appears no difference in the effectiveness to produce EPO between these two situations. A mixture of these conditions might be a situation causing a decreased blood flow to the kidney at normal PO2 and hemoglobin concentration, which should also result in decreased capillary and venous PO2. The exact mechanisms controlling EPO production by the fibroblasts is not fully understood but appears to involve hypoxia-dependent recruitment of fibroblasts located in juxta-medullary and cortical regions (Eckardt et al., 1993).

EPO released into blood has many functions other than stimulating erythropoiesis (for review see Sasaki, 2003). In the bone marrow EPO binds to EPO receptors on progenitor cells in erythroblastic islands (Chasis and Mohandas, 2008), where it stimulates proliferation and prevents apoptotic destruction of newly formed cells (Lee and Percy, 2010). This increases the amount of red blood cells released from the bone marrow per time resulting in increased tEV when the rate of release exceeds red blood cell destruction (see above, sports anemia).

Effects of exercise and training on erythropoiesis

The increased tHb and tEV in trained athletes indicates that exercise stimulates erythropoiesis. An additional marker is the elevation of reticulocytes counts which can be observed within 1𠄲 days (Schmidt et al., 1988) after endurance (Convertino, 1991) and strength training units (Schobersberger et al., 1990). Despite apparent effects of single training units on red blood cell production several studies show that reticulocyte counts in athletes are not much different from sedentary controls (Lombardi et al., 2013) and values appear quite stable over years (Banfi et al., 2011 Diaz et al., 2011). There is, however, significant variation of reticulocyte counts in athletes during the year showing in general higher reticulocyte counts at the beginning of a season but lower values after intensive training sessions, competitions, and at the end of a season (Banfi et al., 2011). Nevertheless, markers of pre-mature forms of reticulocytes are increased in athletes, which is indicative of stimulated bone marrow (Diaz et al., 2011 Jelkmann and Lundby, 2011).

Whereas the control of erythropoiesis in hypoxic and anemic hypoxia is well-understood, the signals stimulating erythropoiesis upon training in normoxia are unclear. Exposure to hypoxia causes a fast increase in EPO (Eckardt et al., 1989), but no or only minor changes in EPO have been observed after exercise of different modalities in untrained and trained individuals (Schmidt et al., 1991 Bodary et al., 1999), whereas the time course of change in reticulocyte count is similar to effects of high altitude (Schmidt et al., 1988 Mairbäurl et al., 1990). The higher reticulocyte counts, a decreased mean red blood cell buoyant density and mean corpuscular hemoglobin concentration, and increased levels of other markers of a decreased mean red blood cell age (higher 2,3-DPG and P50, higher red blood cell enzyme activities and creatine) have been found in peripheral blood from trained individuals (Mairbäurl et al., 1983 Schmidt et al., 1988), which are all indicators of an increased red blood cell turnover (Schmidt et al., 1988 Smith, 1995) and thus stimulated erythropoiesis. These newly formed red blood cells ease the passage of blood through capillaries because of a higher membrane fluidity and deformability of (Kamada et al., 1993).

Arguments for hypoxia as the relevant trigger for exercise induced erythropoiesis are sparse, and are at best indirect. Even during heavy exercise there is only a small decrease in arterial PO2 (see chapter 2, arterial O2 loading) that by itself will barely be sufficient to cause relevant renal EPO production. There is, however, a considerable decrease in renal blood flow with increasing exercise intensity that decreases renal O2 supply (for an excellent review on splanchnic blood flow regulation in exercise see Laughlin et al., 2012). O2 supply to renal tubules might be further decreased, because renal cortical arteries and veins run parallel allowing exchange diffusion of O2 that may cause arterial deoxygenation. PO2 in cortical veins is low because of the high oxygen consumption required for Na + and water reabsorption of renal cortical epithelial cells (Eckardt and Kurtz, 2005). It can therefore be speculated that the decreased flow during exercise further decreases renal cortical PO2 to a level causing significant hypoxia of the peritubular, EPO producing fibroblasts during exercise, and that this effect is aggravated as exercise intensity increases. Interestingly, training attenuates the decrease in renal blood flow, which seems more pronounced following endurance than high-intensity interval sprint training in rats (Musch et al., 1991 Padilla et al., 2011), which might explain the weak erythropoietic response in highly trained athletes.

A variety of humoral factors known to affect erythropoiesis also change during exercise. Androgens are long known for their stimulatory effect on erythropoiesis by stimulation of EPO release, increasing bone marrow activity, and iron incorporation into the red cells, which is best indicated by polycythemia as a consequence of androgen therapy (Shahidi, 1973 Shahani et al., 2009). Endurance exercise and resistance training cause a transient increase in testosterone levels in men and women (Hackney, 2001 Enea et al., 2009). Post-exercise values vary with exercise intensity in both genders. Interestingly, post-exercise testosterone levels also directly change with mood (win vs. loss), which seems more pronounced in men than women (for review see Shahani et al., 2009).

Stress hormones such as catecholamines and cortisol stimulate the release of reticulocytes from the bone marrow and possibly also enhance erythropoiesis (Dar et al., 2011 Hu and Lin, 2012). Erythropoiesis is also stimulated by growth hormone and insulin-like growth factors (Kurtz et al., 1988 Christ et al., 1997) which also increase during exercise (Hakkinen and Pakarinen, 1995 Schwarz et al., 1996).


Müəllif məlumatı

Yuyong Tao and Lily S. Cheung: These authors contributed equally to this work.

Əlaqələr

Department of Molecular and Cellular Physiology, 279 Campus Drive, Stanford University School of Medicine, Stanford, 94305, California, USA

Yuyong Tao, Shuo Li, Yan Xu & Liang Feng

Department of Plant Biology, Carnegie Institution for Science, 260 Panama Street, Stanford, 94305, California, USA

Lily S. Cheung, Joon-Seob Eom, Li-Qing Chen & Wolf B. Frommer

Center of Growth, Metabolism and Aging, Key Laboratory of Bio-Resource and Eco-Environment of Ministry of Education, College of Life Sciences, Sichuan University, Chengdu, 610014, China

NE-CAT and Dep. of Chemistry and Chemical Biology, Cornell University, Building 436E, Argonne National Laboratory, 9700 S. Cass Avenue, Argonne, 60439, Illinois, USA


Difference between Plant and Animal cells

Another important distinction in our fundamental unit of life class 9 notes is between the plant cell and the animal cell. Refer to the table mentioned below to understand it better-

Plant Cells Heyvan Hüceyrələri
A rigid cell wall encapsulates the plasma membrane No cell wall present
Larger than animal cells Much smaller than plant cells
Contain plastids Do not contain plastids (except protozoan Euglena)
Vacuoles are large and permanent Vacuoles are small and temporary
Do not contain centrosomes and centrioles Do contain centrosomes and centrioles

Hopefully, through these fundamental unit of life class 9 notes, you are well versed with this chapter of biology. Consult Leverage Edu experts for career counselling and have a better understanding of which career path to choose.


Videoya baxın: الخلية العصبية تركيبها - انواعها (Iyul 2022).


Şərhlər:

  1. Fenuku

    Faktiki blog, təzə məlumat, oxuyun :)

  2. Ten Eych

    Yuxarıda göstərilənlərin hamısı ilə tam razıyam.



Mesaj yazmaq