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Eine weiteres wichtiges

Eine weiteres wichtiges Merkmal zur Klassifikation dieser Proteinkomplexe findet sich in ihrer Selektivität. Je nach Porendurchmesser und Porenstruktur sind manche Ionenkanäle nichtselektiv und unterscheiden nur zwischen Kationen und Anionen, andere wiederum lassen nur eine Art von Ion passieren und gelten als hochselektiv. Die von Ionenkanälen unterstützten Funktionen sind sehr vielseitig. So sind spannungs- und ligandengesteuerte Kanäle z.B. für Leitungsprozesse in und zwischen Nerven essentiell. Bezüglich mechanosensitiven Kanälen, die Thematik dieser Bachelorarbeit sind, sind außerdem die Fähigkeiten des Tastens, des Hörens, der Schmerzempfindung, sowie der Messung und Regelung des Blutdrucks zu erwähnen, die ohne Kanäle, die auf mechanische Reize reagieren, so nicht funktionieren könnten. Andererseits sind Fehler in der Abfolge der Aminosäuresequenz dieser Proteine oder an den mit den Kanälen interagierenden Molekülen für viele Krankheiten verantwortlich, wie beispielsweise der Schmetterlingskrankheit (verursacht starke Schmerzen bei sanfter Berührung) oder bestimmten Formen der Taubheit. 2.4.1 mPiezo1 Kanal Die Aktivierung des mPiezo1 erfolgt während der Messungen durch das Anlegen eines negativen Drucks (Saugimpulses) im Bereich weniger mmHg. Das Piezo1 Gen (auch Fam38A) wurde zunächst in der Publikation „Piezo1 and Piezo2 Are Essential Components of Distinct Mechanically Activated Cation Channels“ (Coste, 2010) als für die mechanische Aktivierung von Kationenkanälen wichtiger Genabschnitt identifiziert. In diesem Paper wurde durch RNA-Interferenz und Überexpression des Piezo1 Proteins eine eindeutige Abhängigkeit dieses Proteins mit mechanisch aktivierbaren (MA) Strömen festgestellt. Bereits gut ein Jahre später in „Piezo proteins are pore-forming subunits of mechanically activated channels“ (Coste, 2012) konnte die Aussage bekräftigt werden, dass Piezo1 selbst ein Ionenkanal sei. Dies geschah unter anderem durch 18

aufgereinigte mPiezo1-Proteine, die ohne weitere Proteinstrukturen Eigenschaften eines eigenständigen nichtselektiven Kationenkanals zeigten. Eine kleine Zusammenfassung dieser Thematik schrieb Bernd Nilius in „Pressing and squeezing with Piezos“ (2012). Eine große, ungeklärte Fragestellung bleibt aber der genaue Gating-Mechanismus der Piezos. In Abbildung 2.5 sind mehrere, denkbare Möglichkeiten zur Öffnung des Kanals bzw. seine mögliche Strukturen zu sehen. Abbildung 2.5: Mögliche Piezo-Strukturen bzw. Aktivierungsmodelle. (A) Topologisches Modell, welches 30 Transmembran Bereiche enthält. (B) Mechanosensitiver Öffnungsmechanismus durch eine mechanische Spannung der Membran. (C) Öffnungsmechanismus durch eine Krümmung der Membran. (D) Öffnungsmechanismus durch Kraftinteraktion mit anderen zellulären Strukturen, wie z.B. dem Zytoskelett. (E) Der Piezo1 könnte auch nur eine Untereinheit des gesamten Ionenkanalkomplexes sein. (Nilius, 2013) 19

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