WSR061-Poren, Pumpen und Kanäle: Wie Ionenkanäle Potentiale steuern

Wirkstoffradio (MP3 Feed)

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Das Wirkstoffradio ist ein Wissenschaftskommunikationsprojekt aus dem Leibniz-Forschungsinstitut f\u00fcr Molekulare Pharmakologie (FMP) und wird gef\u00f6rdert durch das Leibniz Forschungsnetzwerk Wirkstoffe und Biotechnologie.","poster":"https:\/\/www.wirkstoffradio.de\/podlove\/image\/68747470733a2f2f7777772e7769726b73746f6666726164696f2e64652f77702d636f6e74656e742f75706c6f6164732f323031382f30392f5769726b73746f6666726164696f5f4c6f676f5f6c616e672d3330303078333030305f63726f707065645f626c756542472e706e67\/500\/0\/0\/wirkstoffradio","link":"https:\/\/www.wirkstoffradio.de"},"title":"WSR061 Poren, Pumpen und Kan\u00e4le: Wie Ionenkan\u00e4le Potentiale steuern","subtitle":"In dieser Episode sprechen Hans-Dieter H\u00f6ltje und Bernd Rupp \u00fcber die Architektur und Funktion von Ionenkan\u00e4len und ordnen diese in die unterschiedlichen Steuerungssysteme biologischer Organismen 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In dieser Episode sprechen Hans-Dieter Höltje und Bernd Rupp über die Architekturen unterschiedlicher Ionenkanäle.

Tetramer Struktur eines Ionenkanals, hier ist ein CNGA1 Rezeptor dargestellt (PDB ID:7LFW), DOI: 10.1016/j.neuron.2021.02.007; Quelle: Haoran Liu, AG Sun

Hans-Dieter erklärt die beiden grundlegenden Bauformen und die prinzipielle Funktion von Ionenkanälen, die entweder als Tetramer oder auch als Pentamer in unterschiedlichen Zellen vorkommen können.

Besonderer Dank gilt Haoran Liu, der als Doktorand in der Gruppe von Han Sun, in der auch Bernd arbeitet, einige Darstellungen der unterschiedlichen Ionenkanal Architekturen zur Verfügung gestellt hat.

Durch den Transport der Ionen bildet sich an der Membran der jeweiligen Zellen ein Potential aus. Die Änderung dieser Potentiale mit Hilfe der unterschiedlichen Ionenkanal-Typen ist entscheidend für den Ablauf diverser physiologischer Prozesse, die viel weiter reichen als die hier gezeigten molekuaren Modelle und Themen anderer Wirkstoffradio Episoden.

Im September feiert das Wirkstoffradio sein 5 -jähriges Bestehen, daher lädt Bernd alle Hörer:Innen ein, jetzt schon Vorschläge für eine Jubiläumsveranstaltung zu machen.

(Im Podcast gibt es Kapitelmarken, die den Zwischenüberschriften hier im Text entsprechen, so dass es einfacher ist, bestimmte Teile erneut zu hören. Nicht jede Kapitelmarke hat eine Zwischenüberschrift, manchmal fassen wir mehrere Kapitel zusammen.)

Alpha Ketoglutarsäure

• • Ständigkeit (alpha, beta, gamma … Postition) – Wikipedia Artikel
  • Α-Ketoglutarsäure – Wikipedia Artikel
  • Carbonylgruppe – Wikipedia Artikel
  • Ketone – Wikipedia Artikel
  • Aldehyde – Wikipedia Artikel
  • Carboxygruppe – Wikipedia Artikel
  • Glutaminsäure – Wikipedia Artikel

Struktur von alpha-Ketoglutarsäure; Quelle: Edgar181, Public domain, via Wikimedia Commons

Suximid und Succinimide

• • Bernsteinsäure (Succinylsäure) – Wikipedia Artikel
  • Succinimid – Wikipedia Artikel
  • Imide – Wikipedia Artikel
  • Amide – Wikipedia Artikel

Suximide ist der INN Name der Succinimid-Derivate, die als Wirkstoffe zur Behandlung von epileptischen Krampfanfällen verwendet werden.

Struktur von Succinimid, das acide Wasserstoffatom ist blau markiert; Quelle: Tjbroom, Public domain, via Wikimedia Commons

Exkurs: Das acide H am Imid

• • CH-Acidität – Wikipedia Artikel
  • WSR023 Wie Moleküle miteinander reden – Interview mit Prof. Dr. Hans-Dieter Höltje – link zur Episode
  • WSR036 Das Periodensystem der Elemente – Interview mit Prof. Dr. Hans-Dieter Höltje – link zur Episode
  • Elektronegativität – Wikipedia Artikel

Woher kommt der Name Suximide?

• • Internationaler Freiname (International Nonproprietary Name (INN)) – Wikipedia Artikel

Ionenkanäle Einführung

• • G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCR) – Wikipedia Artikel
  • Ionenkanal – Wikipedia Artikel
  • Hormonrezeptoren – Wikipedia Artikel
  • Tetramer – Wikipedia Artikel
  • Pentamer – DocCheck Flexikon

Poren, Pumpen und Kanäle

• • Porine – Wikipedia Artikel
  • Aquaporine – Wikipedia Artikel
  • Ionenpumpe – Wikipedia Artikel
  • Adenosintriphosphat (ATP) – Wikipedia Artikel

Spezifische Kationenkanäle

• • Kaliumkanal – Wikipedia Artikel
  • wissenschaftlicher Artikel (open access): Jing Xue, Yan Han, Weizhong Zeng, Yan Wang, and Youxing Jiang. Structural mechanisms of gating and selectivity of human rod CNGA1 channel. Neuron 2021. 109, 8: 1302–1313. doi: 10.1016/j.neuron.2021.02.007
  • Struktur des gezeigten Tetramers, PDB ID: 7LFW

Tetramerstruktur eines Ionenkanals, hier ist ein CNGA1 Rezeptor dargestellt(PDB ID:7LFW), DOI: 10.1016/j.neuron.2021.02.007; Quelle: Haoran Liu, AG Sun

Transport der Kationen

• • Α-Helix – Wikipedia Artikel
  • Hydratisierung – Wikipedia Artikel
  • Coulombsches Gesetz – Wikipedia Artikel
  • wissenschaftlicher Artikel (open access): Johann Biedermann, Sebastian Braunbeck, Andrew J. R. Plested, and Han Sun. Nonselective cation permeation in an AMPA-type glutamate receptor. Proceedings of the National Academy of Sciences 2021. 118, 8: e2012843118. doi: 10.1073/pnas.2012843118
  • wissenschaftlicher Artikel (open access): Shi, C.; He, Y.; Hendriks, K.; de Groot, B. L.; Cai, X.; Tian, C.; Lange, A. & Sun, H.
    A single NaK channel conformation is not enough for non-selective ion conduction. Nat Commun 2018.9, 717. doi: 10.1038/s41467-018-03179-y
  • Inonenkanal Projekt – link zu den Ionenkanal Videos. Dort sieht man auch sehr gut die von Hans-Dieter erwähnte Zunge mit der kleinen Helix.

Ionentransport durch einen Kaliumkanal. DOI: doi: 10.1038/s41467-018-03179-y; Quelle: Han Sun

Ionenverteilungen

• • Konzentrationsgefälle – Wikipedia Artikel
  • Membranpotential – Wikipedia Artikel

Unterscheidung Na- und Ca- zu K-Kanäle

• • Natriumkanal – Wikipedia Artikel
  • Calciumkanal – Wikipedia Artikel
  • Proteindomäne – Wikipedia Artikel

Pentamerstrukturen

• • HT₃-Kanäle oder Serotonin-Rezeptor – Wikipedia Artikel
  • Nikotinischer Acetylcholinrezeptor – Wikipedia Artikel
  • Chloridkanal – Wikipedia Artikel
  • NMDA-Rezeptor – Wikipedia Artikel
  • Struktur des gezeigten Pentamers, PDB ID: 6UD3

Pentamerstruktur eines Ionenkanals, hier ist ein Glycin Rezeptor dargestellt (PDB ID:6UD3) DOI: 10.1038/s41467-020-17364-5; Quelle: Haoran Liu AG Sun

Steuerung der Ionenkanäle

• • Spannungsgesteuerter Ionenkanal – Wikipedia Artikel
  • Ligandengesteuerter Ionenkanal – DocCheck Flexikon
  • Kette Ball Modell – Wikibrief Artikel
  • Extensionshülse (Fingerfalle) – Wikipedia Artikel

Membranpotentiale

• • Membranpotential – Wikipedia Artikel

Ruhepotential

• • Ruhemembranpotential – Wikipedia Artikel

Aktionspotential

• • Aktionspotential – Wikipedia Artikel
  • Physiologie – Wikipedia Artikel
  • Nervenzelle oder Neuron – Wikipedia Artikel

Rückblick auf die Antikonvulsiva

• • WSR059 Glutamat-, GABA-System und Wirkstoffe zur Behandlung epileptischer Anfälle – Link zur Episode

Die Na-K-Pumpe

• • Natrium Kalium Pumpe – Wikipedia Artikel
  • ATPasen – Wikipedia Artikel

5 Jahre Wirkstoffradio

WSR001 Was sind Wirkstoffe? – Interview mit Prof. Höltje – Link zur Episode

Das Wirkstoffradio geht in sein 5. Jahr, daher ruft Bernd dazu auf, Wünsche oder Vorschläge wie man das Jubiläum des Wirkstoffradios feiern könnte, an [Jubiläum] zu senden.

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Kapitel

1. Begrüßung (00:00:00)

2. Alpha Ketoglutarsäure (00:02:10)

3. Suximid und Succinimide (00:06:23)

4. Exkurs: Das Acide H am Imid (00:09:41)

5. Woher kommt der Name Suximide? (00:11:29)

6. Ionenkanäle Einführung (00:14:30)

7. Poren, Pumpe und Kanäle (00:19:13)

8. Spezifische Kationenkanäle (00:21:49)

9. Transport der Kationen (00:25:51)

10. Ionenverteilungen (00:35:00)

11. Unterscheidung Na und Ca zu K Kanäle (00:38:06)

12. Pentamerstrukturen (00:39:46)

13. Steuerung der Ionenkanäle (00:45:32)

14. Membranpotential (00:51:01)

15. Ruhepotential (00:53:16)

16. Aktionspotential (00:54:59)

17. Rückblick auf die Antikonvulsiva (01:02:27)

18. Die Na-K Pumpe (01:05:44)

19. 5 Jahre WSR (01:09:40)

20. Verabschiedung und Bitte um Feedback (01:12:14)