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Kationenpermeabilität von Erythrozyten bei niedriger Ionenstärke in Abhängigkeit bestimmter Anionen und Inhibitoren unter besonderer Berücksichtigung des Glucosetransporters

By Florian Bruness

Abstract

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Kationenefflux aus Erythrozyten bei niedriger Ionenstärke. Nach einer Hypothese von Fuhrmann sollte der Kationenausstrom durch veränderte Glucosetransporter erfolgen. Vorausbedingungen für diese Veränderungen des Fluxverhaltens der Glucosetransporter ist eine Alkalisierung des Zellinneren. Im ersten Teil der Arbeit wurde darum die Effektivität des Kationenefflux in Anwesenheit verschiedener monovalenter oder divalenter Anionen untersucht. Das Ergebnis entspricht den experimentellen Erwartungen einer vergleichbaren Effektivität von Nitrat und Chlorid auf den Hydroxyl-Exchange des Anionenaustauschers Bande III. Bei beiden Anionen vermindert sich der Kationenefflux mit abnehmendem Anionen-Gradienten Innen- gegen Außenkonzentration. Sulfatbeladene Erythrozyten ließen eine geringere Effektivität erwarten, da der Hydroxyl-SO4-Exchange über den Anionenaustauscher eine geringere Austauschgeschwindigkeit als z.B. der Hydroxyl-Chlorid-Exchange besitzt. Ähnlich wie Sulfat-Ionen hemmen auch Phosphat-Anionen den Anionen-Exchange. Die Wirkung der monovalenten und divalenten Anionen auf den Kationenefflux ist im Einklang mit einer Modulation der Effektivität des Anionenaustauschers. Eine Verminderung des Anionengradienten als auch Sulfat- oder Phosphat-Ionen im System führen zu einem verminderten Hydroxyl-Anion-Exchange und dementsprechend zu einer geringeren Alkalisierung in den Erythrozyten. Komplexer gestaltet sich die Frage eines Einflusses der Pufferkapazität auf den Kaliumefflux bei niedriger Ionenstärke. In den Erythrozyten selbst ist das Polyanion Hämoglobin mit 7.3 mM der wichtigste Puffer. Der Zusatz eines Außenpuffers wie HEPES muss über den Hetero-Anionen-Exchange (Gleichgewicht zwischen Hydroxyl-, Hydrogencarbonat- und weitere vorhandene Anionen) auch die Pufferkapazität des Hämoglobins beeinflussen. Ersetzt man den impermeablen Nichtelektrolyt Sorbit durch Glucose, so ließe sich durch Interferenz der Glucose mit dem Glucosetransporter eine mögliche Beeinflussung der Kaliumpermeabilität bei niedriger Ionenstärke erwarten. Dies ist auch tatsächlich der Fall. Der zweite Teil der Arbeit befasst sich mit Hemmstoffen, bzw. Modulatoren des Kationenefflux bei niedriger Ionenstärke. Die Substanzen wurden in diesen Experimenten erst nach 1 Minute zugesetzt zu einer Zeit als der schnelle Hydroxyl-Chlorid bzw. Hydroxyl-Nitrat-Exchange in der Zelle bereits abgelaufen war. Den stärksten Effekt bewirkte dabei DIDS, ein effektiver Inhibitor des Anionentransportes. Sowohl die Geschwindigkeitskonstanten als auch der Prozentsatz der permeablen Zellen nahmen mit zunehmender DIDS-Konzentration signifikant ab. Der außerordentlich niedrige Ki-Wert von nur 100 nM spricht für eine Hemmwirkung von DIDS am orientierten Anionentransporter [Furuya84], da der Ki-Wert bei physiologischer Ionenstärke am nichtorientierten Transporter mit 0.3 µM wesentlich höher ist. DIDS selbst hat keinen Einfluss auf den Glucosetransporter bei hoher Ionenstärke, es beeinflusst aber den Glucosetransport bei niedriger Ionenstärke und hebt einen Teil der Hemmwirkung am Glucosetransport auf. Dies Ergebnis spricht für eine indirekte Beteiligung des Anionentransporters am Kationenefflux bei niedriger Ionenstärke. Im Gegensatz zum DIDS hat das Arginin-spezifische Reagenz Phenylglyoxal eine in dieser Arbeit erstmalig nachgewiesene direkte Wirkung auf den Glucosetransport bei hoher Ionenstärke. Der Ki-Wert beträgt hierbei 6 mM. Dies Ergebnis kann mit dem Vorhandensein von Arginin an der Innenseite des Glucosetransporters in Zusammenhang gebracht werden, die den Glucosekanal durch ihre positive Ladung vor Kationen abschirmen sollen. Das Ergebnis entspricht den Versuchen mit DIDS, das wie auch Phenylglyoxal ein Inhibitor des Anionentransportes ist. SDS bewirkt eine Hemmung des Glucosetransportes bei hoher Ionenstärke. Ki-Wert liegt bei 60 µM. Der hemmende Effekt kann durch Einlagerung von negativ geladenen SDS-Molekülen erklärt werden. Die Wirkung ist ähnlich wie bei niedriger Ionenstärke, bei der im Kanal negative Ladungsträger auftreten. Auch hierbei nimmt die Affinität für Glucose und die Vmax signifikant ab. Auf den Kationenefflux bei niedriger Ionenstärke hat SDS einen stimulierenden Effekt. Sowohl die Geschwindigkeitskonstante als auch der Prozentsatz permeabler Zellen nehmen mit steigender Konzentration signifikant zu. Außerdem liegt der EC50-Wert mit 17 µM in der gleichen Größenordnung wie der Ki-Wert des Glucosetransportes. Besonders das letzte Ergebnis ist in guter Übereinstimmung mit der Theorie von Michaelis, dass Festladungen in Membrankanälen deren Permeabilität bestimmen. Die vorliegenden Ergebnisse stützen die Vorstellung, dass unter bestimmten Bedingungen die Glucosetransporter in der Erythrozytenmembran auch Kanäle für Kationen sein können

Topics: Efflux ; Erythrozyt ; efflux ; erythrocyte ; Kation ; Permeabilität ; Erythrozytenmembran ; permeability ; cation ; Medical sciences, Medicine, Efflux -- Medizin, Gesundheit -- Erythrozyt -- efflux -- erythrocyte -- Kation -- Permeabilität -- Erythrozytenmembran -- permeability -- cation, ddc:610
Publisher: Philipps-Universität Marburg, Medizin
Year: 2003
OAI identifier: oai:Archiv.UB.Uni-Marburg.de:04-z2003-0693

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