Nobelovu cenu za fyziologii a medicínu za 1991 - Erwin Neher a Bert Sakmann

14.04.2015 20:25

Tisková Zpráva http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1991/press.html&usg=ALkJrhgNMJSAmmwn7jeV18SVY007AyCPZg

(Omluva za strojový překlad VL.Šp.) http://cs.wikipedia.org/wiki/Seznam_nositel%C5%AF_Nobelovy_ceny_za_fyziologii_a_l%C3%A9ka%C5%99stv%C3%AD#Seznam_laure.C3.A1t.C5.AF

Nobelova cena za fyziologii a medicínu 1991
Erwin Neher, Bert Sakmann

NOBELFÖRSAMLINGEN Institut Karolinska
NOBEL montáž u Karolinska Institute

Nobel Shromáždění na Karolinska Institute dnes rozhodl udělit Nobelovu cenu za fyziologii a medicínu za 1991 společně

Erwin Neher a Bert Sakmann

pro jejich objevy týkající se "funkce jednotlivých iontových kanálů v buňkách".

Shrnutí

Každá živá buňka je obklopena membránou, která odděluje svět v buňce z jeho vnějšku. V této membrány jsou kanály, přes které buňka komunikuje s okolím. Tyto kanály se skládají z jednotlivých molekul nebo komplexy molekul a mají schopnost umožnění průchodu nabitých atomů, která je ionty. Regulace iontových kanálů ovlivňuje život buňky a jeho funkce za normálních a patologických stavů. Nobelova cena za fyziologii a medicínu pro rok 1991 se uděluje za objevy o funkci iontových kanálů. Dva němečtí buněčné fyziologové Erwin Neher a Bert Sakmann se společně vyvinuli techniku, která umožňuje registraci neuvěřitelně malých elektrických proudů (ve výši do pikoampér - 10 -12 A), který prochází jediného iontového kanálu. Tato technika je unikátní v tom, že se zaznamenává, jak jediná molekula kanál mění svůj tvar, a tím řídí tok proudu v časovém rozmezí několika miliontin sekundy.

Neher a Sakmann přesvědčivě s jejich technikou, která ion existují kanály a jak fungují. Ty ukázaly, co se stane při otevření nebo uzavření iontového kanálu o průměru, který odpovídá jednoho sodného nebo chloridových iontů. Několik iontové kanály jsou upraveny receptor lokalizovaným na jedné části molekuly kanálu, který po aktivaci mění její tvar. Neher a Sakmann ukázaly, které části molekuly, které tvoří "senzor" a vnitřní stěnou kanálu. Jsou také ukázal, jak kanál reguluje průchod kladně nebo záporně nabitých iontů. Toto nové znalosti a tento nový analytický nástroj se v průběhu posledních deseti let revoluci v moderní biologie, usnadnil výzkum, a přispěl k pochopení buněčných mechanismů souvisejících několik nemocí, včetně cukrovky a cystickou fibrózou.

Co se děje uvnitř buňky?

Uvnitř buněčné membrány je dobře definovaná prostředí, ve kterém mnoho složitých biochemických procesů probíhají. Vnitřek buňky se liší v podstatných bodech od své vnější straně. Například obsah pozitivních sodné a draselné ionty a záporně nabité chloridové ionty jsou zcela odlišné. To vede k rozdílu elektrického potenciálu přes buněčnou membránu, v objemu 0,03-0,1 voltů. Toto je obvykle označován jako membránový potenciál.

Buňka používá membránový potenciál v několika způsoby. Rychlým otevřením kanály pro ionty sodíku membránový potenciál se mění radikálně v tisíciny sekundy. Buňky v nervovém systému vzájemně komunikovat pomocí těchto elektrických signálů kolem desetinu voltu, který rychle šířit podél nervových procesech. Když se dostanete do bodu, kontaktu mezi dvěma buňkami - synapse - vyvolávat uvolnění vysílače látky. Tato látka ovlivňuje receptory na cílové buňce, často otevřením iontových kanálů. Membránový potenciál se změnil tak, že buňka je stimulována nebo inhibována. Nervový systém se skládá z řady sítí nichž každá se skládá z nervových buněk spojených synapsí s různými funkcemi. Nové paměťové stopy v mozku jsou například vytvořeny změnou počtu dostupných iontových kanálů v synapsích dané síti.

Všechny buňky fungují podobným způsobem. Ve skutečnosti, život sám začíná se změnou membránového potenciálu. Vzhledem k tomu, spermie spojí s vaječné buňky v okamžiku oplodnění iontových kanálů jsou aktivovány. Výsledná změna membránového potenciálu zabraňuje přístupu jiných spermií. Všechny buňky - například nervové buňky, žlázy buněk a krvinek - mají charakteristický sadu iontových kanálů, které jim umožní plnit své specifické funkce. Tyto iontové kanály sestávají z jednotlivých molekul nebo komplexy molekul, které tvoří stěnu kanálu - nebo - póru, který se klene přes buněčnou membránu a spojuje vnější do vnitřku buňky (Obrázek 1B a 1D). Průměr pórů je tak malá, že odpovídá, že z jednoho iontu (0,5-0,6 miliontin milimetru). Okamžitou změnu tvaru molekuly vede buď otevření nebo uzavření iontového kanálu. Tato situace může nastat při aktivaci receptoru části molekuly (obrázek 1D) specifickou molekulou signálu. Jinak konkrétní část molekuly, která snímá změny membránového potenciálu lze otevřít nebo zavřít iontový kanál.

 

Registrace toku proudu přes jednotlivých iontových kanálů pomocí záznamové techniky Neher a Sakmann.. Je schematicky znázorněno, jak se sklo mikropipeta uvede do kontaktu s buňkou, a B, s použitím většího zvětšení, část buňky membrána, s iontových kanálů, v těsném kontaktu se špičkou pipety. Vnitřek pipety je spojen s elektronickým zesilovačem. C ukazuje kanál větší zvětšení s jeho receptorem směrem k vnější části buňky a jeho iontové filtru. D ukazuje proud procházející iontového kanálu, jak se otevře.

Neher a Sakmann Record Elektrický proud protékající jednotného iontového kanálu

Již dlouho je známo, že existuje rychlá výměna iontů přes buněčnou membránu, ale Neher a Sakmann byla první, která ukazuje, že ve skutečnosti existují specifické iontové kanály. K objasnění, jak iontový kanál pracuje, je třeba, aby bylo možné zaznamenat jak kanál otevírá a zavírá. To se objevil prchavý od iontového proudu prostřednictvím jednoho iontového kanálu je mimořádně malá. Kromě toho, že malé molekuly iontové kanály jsou uloženy v buněčné membráně. Neher a Sakmann podařilo vyřešit tyto potíže. Vyvinuli tenkou skleněnou mikropipety (jen tisíciny milimetru v průměru) jako záznamové elektrody. Když se uvede do kontaktu s buněčnou membránou, bude tvořit utěsnění s okraji otvoru pipety (obrázek 1A, B). V důsledku toho se výměna iontů mezi vnitřkem a vnějškem pipety může dojít pouze prostřednictvím iontového kanálu v membráně fragmentu (obrázek 1b). Když se otevře jeden iontový kanál, bude(pzn.budou se) ionty pohybovat kanálem jako elektrický proud, protože jsou nabité. Prostřednictvím zdokonalení elektronického zařízení a experimentálních podmínkách se jim podařilo při měření této"mikroskopické" proud pracných metodických vývoj v průběhu sedmdesátých let (obr 1C).

Jak se iontový kanál Ovládání?

Iontové kanály jsou různých typů. Některé pouze umožnění průtoku kladně nabitých sodné, draselné nebo vápenaté ionty, jiné jen záporně nabitý chloridové ionty. Neher a Sakmann zjistil, jak je to specifičnost dosaženo. Jedním z důvodů je průměr iontový kanál, který je přizpůsoben průměru určitého iontu. V jedné třídě iontových kanálů, existují také dva kroužky kladně nebo záporně nabitých aminokyselin. Tvoří iontový filtr (viz obrázek 1D), který umožňuje pouze ionty s opačným nábojem projít přes filtr. Zejména Sakmann přes kreativní interakce s různými molekulárními biology objasněn jak různé části molekuly (ů) iontových kanálů fungovat. Neher a Sakmann jeho vědecké úspěchy se radikálně změnily náš pohled na funkci buňky a obsahu učebnicích biologie buňky. Jejich metody jsou nyní používány tisíce vědců z celého světa.

Studie sekreční procesů

Nervové buňky, stejně jako buňky produkující hormony a buňky zapojené do obrany hostitele (jako žírných buněk), vylučují různé látky. Ty jsou uloženy v uzavřených váčků membránou. Když je buňka stimulována váčky přesunout na buněčném povrchu. Buněčné a váčky membrány roztavit a agent je osvobozen. Žírných buněk vylučuje histamin a další látky, které vedou na místní zánětlivé reakce. Buňky dřeně nadledvin osvobodit stresového hormonu adrenalinu a beta buňky ve slinivce břišní insulin. Neher objasněn sekreční procesy v těchto typech buněk prostřednictvím vývoje nové techniky, která zaznamenává fúzi váčku (ů) s buněčnou membránou. Neher si uvědomil, že elektrické vlastnosti buňky se změní, pokud je jeho povrch zvýšil umožňující zaznamenávat skutečné sekreční proces. Prostřednictvím dalšího vývoje jejich složitého vybavení rozlišení nakonec povolené záznam každého malého váčku fixační s buněčnou membránou.

Regulace funkce iontového kanálu

Neher a Sakmann také použity elektrody pipety pro vstřikování různých činidel do buňky, a mohou tak zkoumat různé kroky v procesu sekrece v buňce samotného (viz výše). Tímto způsobem byl počet buněčných mechanismů, sekrece vyjasněno, jako je úloha cyklického AMP (viz Nobelova cena pro Sutherland 1971 ), nebo ionty vápníku. Například nyní máme lepší pochopení toho, jak se hladiny hormonů v krvi se udržuje na určité úrovni.

Také byly identifikovány bazální mechanizmy sekreci inzulínu. Hladina glukózy v krvi reguluje hladinu glukózy v inzulínu tvořící buňky, které zase reguluje úroveň energie bohaté látky ATP. ATP působí přímo na konkrétní typ iontového kanálu, který ovládá elektrický membránový potenciál buňky. Změna membránového potenciálu pak nepřímo ovlivňuje jiné iontové kanály, které umožňují vápenaté ionty se pak do buňky. Vápenaté ionty následně spouští sekreci inzulínu. Při cukrovce sekrece inzulínu je mimo provoz. Některé léky běžně používaný ke stimulaci sekrece inzulínu v diabetes působí přímo na ATP-řízených iontových kanálů.

U mnoha jiných chorob, závisí zcela, nebo částečně, na regulaci defektu iontových kanálů, a řada léků působí přímo na iontové kanály. Mnoho patologické mechanismy v průběhu osmdesátých let prostřednictvím studií iontových kanálů byly vyjasněny, například cystickou fibrózu (cloride iontových kanálů), epilepsie (sodík a draslík iontových kanálů), několik srdečně-cévních onemocnění (vápník iontové kanály), a nervosvalové onemocnění, jako je Lambert-Eatons onemocnění (vápník iontové kanály). S pomocí techniky Neher a Sakmann je nyní možné, aby tailormake léky, aby se dosáhlo optimálního účinku na jednotlivé iontové kanály důležité v dané nemoci. Léky proti úzkosti jednat například o určitých inhibičních iontových kanálů v mozku. Alkohol, nikotin a další jedy působí na ještě další soubory iontových kanálů.

Stručně řečeno, Neher a Sakmann jeho příspěvky znamenal revoluci na poli buněčné biologie, pro pochopení různých mechanismů onemocnění, a otevřel cestu k rozvoji nových a specifických léků.

Reference

Alberts et al .: Molecular Biology of the Cell. Garland Press, 1990, 2. vydání, str. 156, 312-326, 1065 - 1084.

Grillner, S. I: (ed.), N. Calder. Scientific Europe. Nadace Scientific Europe, 1990.

Grillner, S. & Hökfelt, T .: Svindlande Snabb utveckling präglar neurovetenskapen. Läkartidningen 1990, 87, 2777-2786.

Rorsman, P. & Fredholmovy, BB: Jonkanaler - molekylär bakgrund do nervtransmission. Läkartidningen 1991, 88, 2868-2877.

Chcete-li citovat tuto stránku
MLA styl: "fyziologii nebo medicíně 1991 - Tisková zpráva" Nobelprize.org Nobel Media AB 2014. Web... 14.dubna 2015.

Zpět