Τίτλος – Title |
Κυτταρικές μεμβράνες και ο ρόλος τους στη δίοδο διαμέσου τους βιολογικών ουσιών και φαρμάκων. Σύγχρονη θεώρηση
Cellular membranes and their role in the transportation of biological substances and drugs |
|
Συγγραφέας – Author | Σ.T. ΠΛΕΣΣΑΣ και Χ.T. ΠΛΕΣΣΑΣ S.T. PLESSAS and C.T. PLESSAS |
|
Παραπομπή – Citation | ΦΑΡΜΑΚΟΝ-Τύπος: Επιθεώρηση Κλιν. Φαρμακολ. Φαρμακοκινητ.
9: 133-166 (1991) PHARMAKON-Press: Epitheorese Klin. Farmakol. Farmakokinet. 9: 133-166 (1991) |
|
Ημερομηνία Δημοσιευσης – Publication Date | Ιούλιος 1991 – July 1991 | |
Γλώσσα Πλήρους Κειμένου – Full Text Language |
Ελληνικά – Greek | |
Παραγγελία – Αγορά – Order – Buy |
Ηλεκτρονική Μορφή: pdf (15 €) – Digital Type: pdf (15 €) pharmakonpress[at]pharmakonpress[.]gr |
|
Λέξεις κλειδιά – Keywords | Κυτταρικές μεμβράνες, λιποειδής διπλοστοιβάδα, κυτταρικές πρωτεΐνες, δίοδος βιοενεργών ουσιών, παθητική διάχυση, βοηθητική διάχυση, ενεργή μεταφορά, πρωτεΐνες-μεταφορείς, ιοντοφόρα, μεμβρaνικά δυναμικά, Νa+-Κ+-ΑTΡάση, ενδοκυττά-ρωση μέσω υποδοχέων, Εξωκυττάρωση
Cell membranes, lipid bilayer, cellular proteins, passage of substances, passive diffusion, facilitated diffusion, active transport, carrier-proteins, ionophores, membrane potential, and Na+-K+ ATPase, receptor-mediated endocytosis, exocytosis |
|
Λοιποί Όροι – Other Terms | Άρθρο Article |
|
Περίληψη – Summary | Οι κυτταρικές μεμβράνες είναι δομές υψηλού ιξώδους ακόμη και πλαστικές, που περιβάλλουν όλα τα ζώντα κύτταρα. Βασικά αποτελούνται από λιποειδή διπλοστοιβάδα, μια φυλλοειδή δομή από δύο στοιβάδες μορίων λιπιδίων, ειδικότερα από φωσφολιπίδια (φωσφατιδυλ-γλυκερόλες φωσφατιδυλχολίνη, φωσφστιδυλαιθανολαμίνη, φωσφατιδυλσερίνη και φωσφατιδυλινοσιτόλη), σφιγγολιπίδια και χοληστερόλη. Τα μόρια των λιπιδίων είναι διατεταγμένα κατά τέτοιο τρόπο ώστε οι πολικές τους κεφαλές – το γλυκερυλφωσφορικό τμήμα που είναι ενωμένο με αιθανολαμίνη, χολίνη, σερίνη ή ινοσιτόλη (περίπτωση φωσφολιπιδίων), το σφιγγοσινοφωσφορικό τμήμα, συνδεδεμένο με χολίνη (περίπτωση σφιγγολιπιδίων) ή το υδροξύλιο της χοληστερόλης – να προσανατολίζονται προς τα υδατικά μέσα τα παρακείμενα προς τις δύο επιφάνειες της μεμβράνης, ενώ τα υδρόφοβα τμήματά του – οι ανθρακαλυσίδες των φωσφολιπιδίων και των σφιγγολιπιδίων ή το κύριο μόριο της χοληστερόλης – καταλαμβάνουν το εσωτερικό κέντρο της μεμβράνης. Μόρια ενσωματωμένων πρωτεϊνών διαπερνούν όλο το πάχος της μεμβράνης (διαμπερείς πρωτεΐνες). Αυτές είναι εγκλεισμένες στη διπλοστοιβάδα μέσω αντιδράσεων ενός ή περισσότερων τμημάτων τους με τις σκυλαλυσίδες των λιπαρών οξέων του υδρόφοβου κέντρου της διπλοστοιβάδας. Εξάλλου, περιφερειακές πρωτεΐνες της μεμβράνης είναι συνδεδεμένες είτε με ενσωματωμένες πρωτεΐνες ατην εσωτερική πλευρά της μέσω ειδικών αντιδράσεων τύπου πρωτεΐνης-πρωτεΐνης και είναι κατά κύριο λόγο υδρόφιλες (όπως οι κυτταροπλασματικές πρωτεΐνες) είτε με υδρόφιλο άκρο λιπιδίων στις δύο πλευρές της μεμβράνης μέσω αντιδράσεων πρωτεΐνης-λιπιδίου. Οι διαμπερείς πρωτεϊνες συχνά είναι πρωτεΐνες-μεταφορείς που αντιδρούν εκλεκτικά με μόρια τα οποία μεταφέρουν στον ενδοκυττάριο χώρο, άλλες σχηματίζουν διαύλους (πρωτεΐνες-δίαυλοι) που διευκολύνουν τη μεταφορά ιόντων (Να+ , Κ+ , Ca2+) στο εσωτερικό του κυττάρου και άλλες αποτελούν συστατικό μέρος αντλιών, όπως είναι η ενεργοποιημένη Να+, Κ+-ΑΤΡάση η οποία είναι η βάση της αντλίας νατρίου-χαλίου. Ορισμένες άλλες κυτταρικές πρωτεΐνες εντοπίζονται είτε στην κυτταρική μεμβράνη είτε ενδοκυττάρια και χρησιμεύουν σαν υποδοχείς φαρμάκων, νευροδιαβιβαστών, ορμονών και άλλων βιοενεργών μορίων. Στην εξωτερική επιφάνεια της μεμβράνης σχηματίζονται γλυκολιπίδια ή γλυκοπρωτεΐνες στα οποία συμμετέχουν αλυσίδες μονοσακχαριτών (γαλακτόζη, μανόζη, φουκόζη), παράγωγα αμινοσακχάρων (Ν-ακετυλγλυκοζαμίνη, Ν-ακετυλγαλακτοζαμίνη), ή προϊόντα σύνδεσής τους με πυρουβικό οξύ όπως τα σιαλικά οξέα (π.χ. το – Ν-ακετυλνευραμινικό οξύ). ‘Ολα αυτά τα συστατικά της μεμβράνης μπορεί να εκδηλώσουν κινητικότητα για μια περίοδο λεπτών μέχρι ημερών κατά μια διεύθυνση πλευρική ή διαμπερή, στην οποία οφείλεται και η ονομασία της θεωρίας του ρευστού μωσαΐκού για τις βιολογικές μεμβράνες. Η ρευστότητα, και κατά συνέπεια οι μεταβολές φάσεων των μεμβρανών, εξαρτάται σε υψηλό βαθμό, από τη σύστασή τους σε λιπίδια, ενώ η χοληστερόλη, που δρα και σαν μετριαστής, ευθύνεται νια τις ενδιάμεσες καταστάσεις της ρευστότητας. Τα ανόργανα συστατικά των κυτταρικών μεμβρανών αποτελούνται (α) από μόρια νερού συνδεδεμένα με τη μεμβράνη, την οποία και επικαλύπτουν με πολικές ιονισμένες ομάδες εμποδίζοντας έτσι την ικανότητα πρωτεϊνών να την διαπεράσουν και (β) από ιόντα (κυρίως Ca2+) τα οποία μπορεί να διαχωρίσουν τις αρνητικά φορτισμένες κεφαλές των λιπιδίων και να μεταβάλλουν την κατανομή των φορτίων στη μεμβράνη. Στις κύριες λειτουργίες των κυτταρικών μεμβρανών περιλαμβάνονται (a) η δίοδος βιολογικών ουσιών ή άλλων μικρών μορίων μέσα ή έξω από τα κύτταρα, (β) η μεταγωγή σημάτων από ορμόνες ή φάρμακα, που δρουν σε θέσεις υποδοχέων επί της εξωτερικής επιφανείας της μεμβράνης προς συστήματα εντοπιζόμενα στο εσωτερικό του κυττάρου, (γ) η σύνδεση κυτταροσκελετικών στοιχείων και συστατικών του εξωκυττάριου χυμού και (δ) η ενζυμική κατάλυση μεταβολικών αντιδράσεων. Η κυτταρική μεμβράνη δεν είναι μόνο ασύμμετρη μορφολογικά, αλλά και ηλεκτρικά, με αποτέλεσμα να λαβαίνουν χώρα διεγέρσεις ή αναστολές σαν συνέπεια μεταβολών στην κατανομή των ιόντων εντός και εκτός του κυττάρου. Η πλασματική μεμβράνη, λόγω της δομής της εμφανίζει εκλεκτική διαπερατότητα στη δίοδο ουσιών και δρα σαν φραγμός διατηρώντας έτσι διαφορές στη σύνθεση του ενδοκυττάριου και του εξωκυττάριου χώρου. Οι εκλεκτικές διαπερατότητες οφείλονται σε διαύλους και αντλίες για ιόντα και υποστρώματα και ειδικούς υποδοχείς για σήματα. Η μεταφορά ουσιών διαμέσου της κυτταρικής μεμβράνης γίνεται (α) με διάχυση, είτε μέσω πόρων που καταλαμβάνονται από μόρια νερού (υπερδιήθηση) και παρακυττάριων χώρων ή άμεσα μέσω της λιποπρωτεϊνικής δομής της (παθητική διάχυση), με μια ταχύτητα καθοριζόμενη από τις διαφορές των συγκεντρώσεων της ουσίας εντός και εκτός του κυττάρου και από την πτώση του ηλεκτροχημικού δυναμικού και (β) με διεργασίες, στις οποίες συμμετέχουν μεταφορείς-πρωτεΐνες, διακρινόμενες σε βοηθητική διάχυση και σε ενεργή μεταφορά. Τα συστήματα μεταφοράς είναι είτε μονομεταφορικά (μεταφορά ενός τύπου μορίων και προς τις δύο κατευθύνσεις) είτε συμμεταφορικά, στα τελευταία η μεταφορά ουσίας εξαρτάται από τη στοιχειομετρική μεταφορά (ταυτόχρονη ή μεταγενέστερη) μιας άλλης ουσίας κατά την ίδια κατεύθυνση (μονόδρομη συμμεταφορά) ή προς αντίθετες κατευθύνσεις. Η βοηθητική διάχυση χωρεί ταχύτερα από την απλή διάχυση, λόγω της παρέμβασης του μεταφορέα που μπορεί να κορεστεί άλλά όχι αντίθετα προς την πτώση συγκέντρωσης ή ηλεκτροχημικού δυναμικού. Οι ενεργές μεταφορές χωρούν αντίθετα προς την πτώση συγκέντρωσης ηλεκτροχημικού δυναμικού, υδροστατικής ή οσμωτικής πίεσης, δημιουργώντας μια επιλεκτική συγκέντρωση ορισμένης ουσίας στη μια πλευρά βιολογικής μεμβράνης. Οι κινήσεις αυτές απαιτούν παροχή ενεργείας και επιπρόσθετα συχνά την ύπαρξη μεταφορέα, π.χ. ενεργοποιημένη Να+,Κ+,Mg2+-ΑΤΡάση. Τα μόρια-μεταφορείς είναι συνήθως διαμεμβρανικές πρωτεΐνες οι οποίες υπάρχουν σε 2 κύριες διαμορφωτικές καταστάσεις. Στη μια κατάσταση το μόριο του μεταφορέα είναι εκτεθειμένο στις υψηλές συγκεντρώσεις της προς μεταφορά ουσίας και/ή έχει μια ή περισσότερες ειδικές θέσεις σύνδεσης υψηλής συγγενείας για την ουσία. Η μεταφορά λαβαίνει χώρα όταν μετά από διαμορφωτική μεταβολή του μεταφορέα αυτός εκτίθεται σε χαμηλότερη συγκέντρωση και/ή στη δεύτερη αυτή διαμόρφωση η συγγένεια της ουσίας για τις θέσεις σύνδεσης του μεταφορέα είναι μικρότερη από ό, τι στην αλλη διαμόρφωσή του. H διαμορφωτική μεταβολή μπορεί να οφείλεται είτε στο σχηματισμό του συμπλόκου μεταφορέα-ουσίας (βοηθητική διάχυση) είτε σε υδρόλυση ΑΤΡ (ενεργή μεταφορά) ή πτώση συγκέντρωσης ιόντος. Μερικά αντιβιοτικά διευκολύνουν τη δίοδο ειδικών ιόντων διαμέσου μεμβρανών (ιοντοφόρα). Τα μόρια των ιοντοφόρων περιέχουν υδρόφιλα κέντρα τα οποία συνδέονται με ιόντα και περιβάλλονται από περιφερειακές υδρόφοβες περιοχές, σχηματίζοντας έτσι ένα τρισδιάστατο κλωβό που επιτρέπει να διαλυτοποιηθούν τα μόρια της ουσίας στη μεμβράνη και να διαχυθούν αε αυτή. Μακρομόρια, όπως ορισμένες πεπτιδικές ορμόνες διάφοροι αυξητικοί παράγοντες, αντισώματα και άλλες ουσίες, μπορούν να διαπεράσουν την κυτταρική μεμβράνη με υγρής-φάσης πινοκυττάρωση και με ενδοκυττάρωση μέσω υποδοχέα. Η τελευταία διεργασία είναι εκλεκτική και χωρεί σε κοιλότητες της μεμβράνης επικαλυμμένες με μόρια κλαθρίνης (περιφερειακή πρωτεΐνη της μεμβράνης). Στις κοιλότητες αυτές η προς μεταφορά ουσία συνδέεται με υποδοχείς της. Οι επικαλυμμένες κοιλότητες σχηματίζουν επικαλυμμένα κυστίδια, τα οποία αποκόπτονται από τη μεμβράνη και εισέρχονται στο κυτταρόπλασμα, σε αυτό χάνουν την κλαθρίνη και τήκονται με άλλα ενδοκυτταρικά κυστίδια σχηματίζοντας τα ενδοσώματα. Τα σύμπλοκα υποδοχέα-ουσίας ακολουθούν μια από τις 4 πορείες: (α) ο υποδοχέας ανακυκλώνεται και η ουσία αποικοδομείται, (β) υποδοχέας και ουσία ανακυκλώνονται, (γ) υποδοχέας και ουσία αποικοδομούνται και (δ) υποδοχέας και ουσία μεταφέρονται σε άλλη κυτταρική επιφάνεια. Ορισμένα κύτταρα απελευθερώνουν μακρομόρια προς τον εξωκυττάριο χώρο με τη διεργασία της εξωκυττάρωσης.
Cell membranes are highly viscous yet plastic structures surrounding all living cells. Their basic structure is the lipid bilayer, a sheetlike structure consisting of two layers of lipid molecules, i.e. phospholipids (phosphatidylglycerol, phosphatidylcholine, phosphatidylethanolamine, phosphatidylserine and phosphatidylinositol), sphingolipids and cholesterol, the lipid molecules are aligned so that their polar heads — glycerly phosphate attached to ethanolamine, choline, serine or inositol in the case of phospholipids, sphingosine phosphate attached to chοline in the case of sphingolipids or the terminal hydroxyl group of cholesterol — face the adjacent aqueous milieu, while the hydrophobic portions — hydrocarbon chains of phospholipids and sphingolipids or the main bulk of the cholesterol molecule — occupy the internal core of the membrane. Integral (or intrinsic) protein molecules span the full width of the membrane (transmem- brαne proteins); they are embedded in the bilayer by interaction of one or more of their regions with fatty acyl chains in the hydrophobic core. Peripheral membrane proteins are attached either to integral proteins at the inner side of the membrane by specific protein-protein interactions and are predominantly hydrophilic (like cytoplasmic proteins) or to the hydώphilic ends of lipids at either surface by specific lipid-protein interactions. Transmembrane proteins are often carrier-proteins which interact selectively with solutes and transfer them into the intracellular space; in some occasions they form channels (channel proteins) which facilitate the transport of ions (Na+, Κ+, Ca2+) into the cell. A transmembrane protein is also the Na+-Κ+ activated ATPase, which consists the physical basis of sodium-potassium pump. A number of cellular proteins, localized either on plasma membrane or intracellularly, serve as receptors for drugs, neurotransmitters hormones and other bioactive molecules. Glycolipids or glycoproteins are formed on the outer surface of the membrane by the attachment of different polymeric arrangement of monosaccharides (galactose, manose, fucose i.e. 6-desoxygalactose), amino-sugar derivatives (N-acetylglucosamine, N-acetyl galactosamine), or one of these condensed with pyruvate: the sialic acids (e.g. N-acetyl neuraminic acid). All these constituents can manifest mobility over periods of minutes to days in a lateral or, in a transverse (flip-flop across the membrane) direction — the fluid mosaic model of biologic membranes. The fluidity, and thus the phase changes of cell membranes, is highly dependent upon their lipid composition, while cholesterol also acts as a moderator molecule producing intermediated states of membrane fluidity. The inorganic components of cell membranes include (a) membrane-bound water which coats polar ionized groups and thus tends to restrict the transverse mobility of proteins; (b) ions (particularly Ca+) which can separate negatively charged heads of phospholipids and thus alter the charge distribution within the membrane. The main functions of cell membranes include (a) transportation of biologic substances or other small molecules into or out of cells; (b) transduction of signals from hormones or drugs acting at receptor sites on the outer side of the membrane to systems in the interior of the cell; (c) anchoring of cytoskeletal elements and components of the extracellular matrix; and (d) enzymic catalysis of metabolic reactions. Cell membrane is not only asymmetric morphologically, but also electrically so that excitation or inhibition can occur by an appropriate alteration of the ionic disposition inside or outside. The plasma membrane, due tο its structure, has selective permeabilities and acts as a barrier, thereby maintaining differences in composition between the inside and the outside of the cell. The selective permeabilities are provided by channels and pumps for ions and substrates and by specific receptor for signals. Transport across the plasma membrane can occur (a) by diffusion, either through water-filled pores (ultrafiltration), paracellular spaces or directly via the lipoprotein structure (passive diffusion); the diffusion rate is determined by the differences in substance concentration (outside and inside the cell) and electrochemical gradient; (b) by protein-carrier-mediated processes which can be either. facilitated diffusion or active transport. Transport systems can be classified as uniport systems that. move one type of molecules bidirectionally and as cotransport systems, in which the transfer of one solute depends upon the stoichiometric transfer (simultaneous or sequential) of another solute in the same direction (symport systems) or in opposite directions (antiport systems). Facilitated diffusion proceeds more rapidly than simple diffusion due to the intervention of a specific, saturable carrier system, but cannot occur against a gradient. Active movements can proceed against concentration, electrical, hydrostatic or osmotic gradients producing a selective concentration of a particular substance at one side of a biological membrane; these movements require an energy supply and, often in addition, a carrier substance, e.g. Na+, K+, Mg-activated ATPase. Carrier-molecules are often transmembrane proteins which exist in 2 main conformational states. In the one state the carrier molecule is exposed to high concentrations of solute and/or has one or more specific binding sites of high affinity for the solute. Transport occurs when a conformational change exposes the carrier molecule to a lower concentration of solute and/or in this second conformational state the affinity of the solute for the binding sites is lesser than in the other state. Conformations change may be due either to the formation of the carrier-solute complex (facilitated diffusion) or to the ATP hydrolysis or to an ion gradient. Some antibiotics act by facilitating the passage of specific ions across membrane (ionophores); these molecules contain hydrophilic centers that bind the ions and are surrounded by peripheral hydrophobic regions, thereby forming a three-dimensional cage which allows the molecules to dissolve in the membrane and diffuse therein. Macromolecules, such as some peptide hormones, growth factors, antιbοdies and other substances, can traverse the cell membrane by fluid-phase pinocytosis, and by receptor-mediated endocytosis. The latter process is selective and occurs in coated pits lined with the protein clathrin, a peripheral membrane protein. These coated pits become pinched off from the cell surface to form coated vesicles. After internalization, the vesicles shed their clathrin coats and then fuse with one another to form endosomes. The receptor-ligand complexes follow one of these four pathways: (a) the receptor is recycled and the ligant degraded; (b) both the receptor and the ligand are recycled; (c) both the receptor and the ligand are degraded; and (d) both the receptor and the ligand are transported to another cell surface. Most cells also release macromolecules to the exterior by exocytosis. |
|
Αναφορές – References |
|
Online ISSN 1011-6575
Άρθρα Δημοσιευμένα σε αυτό το Περιοδικό Καταχωρούνται στα:
Chemical Abstracts
Elsevier’s Bibliographic Databases: Scopus, EMBASE, EMBiology, Elsevier BIOBASE
SCImago Journal and Country Rank Factor
Articles published in this Journal are Indexed or Abstracted in:
• Chemical Abstracts
• Elsevier’s Bibliographic Databases: Scopus, EMBASE, EMBiology, Elsevier BIOBASE
SCImago Journal and Country Rank Factor
Τι είναι η Επιθεώρηση Κλινικής Φαρμακολογίας και Φαρμακοκινητικής-Ελληνική Έκδοση-Οδηγίες προς τους Συγγραφείς
What is Epitheorese Klinikes Farmakologias και Farmakokinetikes-Greek Edition-Instrunctions to Authors
Άρθρα Δημοσιευμένα στην Επιθεώρηση Κλινικής Φαρμακολογίας και Φαρμακοκινητικής-Ελληνική Έκδοση
Articles Published in Epitheorese Klinikes Farmakologias και Farmakokinetikes-Greek Edition
Συντακτικη Επιτροπή-Editorial Board
ΕΤΗΣΙΑ ΣΥΝΔΡΟΜΗ 1991 – ANNUAL SUBSCRIPTION 1991 | |
Γλώσσα Πλήρους Κειμένου – Full Text Language |
Ελληνικά – Greek |
Παραγγελία – Αγορά – Order – Buy |
Ηλεκτρονική Μορφή: pdf (70 €) – Digital Type: pdf (70 €)pharmakonpress[at]pharmakonpress[.]gr |
Έντυπη Μορφή (70 € + έξοδα αποστολής) Printed Type (70 € + shipping)pharmakonpress[at]pharmakonpress[.]gr |