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Ion Channel Blocker and Opener – Biological Membranes

by Kevin Ahern, PhD

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    00:01 Ich hoffe, ich konnte Sie davon überzeugen, dass Ionenkanäle ziemlich wichtige Dinge sind. Und wir können uns vorstellen, dass die Blockierung von Ionenkanälen einige Auswirkungen auf die Zellen haben könnte und das hat sie auch.

    00:13 Einige dieser Moleküle sind Moleküle, die Kanäle blockieren können und die Blockierung kann sehr bedeutende Auswirkungen haben. Es gibt zum Beispiel neurotoxische Alkaloide.

    00:23 Zu ihnen gehört z.B. das Saxitoxin, das Sie rechts sehen können, es wird aus einem paralytischen Toxin von Schalentieren gebildet. Es blockiert die Natriumkanäle der Neuronen und kann so erheblichen Schaden anrichten oder sogar zum Tod führen. Ein weiteres verbreitetes Neurotoxin, das Ionenkanäle blockiert, ist Tetrodotoxin. Tetrodotoxin ist die giftige Substanz, die vom Kugelfisch, der in Japan eine Delikatesse ist, gebildet wird. Wenn man den falschen Teil eines Kugelfisches isst, hat man ein Problem, denn es blockiert die spannungsgesteuerten Natriumkanäle der Nervenzellen.

    00:56 Nun sind nicht alle Ionenkanalblocker giftig. Wenn sie richtig eingesetzt werden, können sie zu medizinischen Zwecken verwendet werden. Zum Beispiel werden Menschen mit Herzrhythmusstörungen üblicherweise mit geringen Dosen von Ionenkanalblockern behandelt, die entweder auf Natrium oder Kalium abzielen und die gezielt für bestimmte Zellen eingesetzt werden. Als Ergebnis dieser Maßnahme verlangsamen sich störende Signale, die sonst zu Herzrhythmusstörungen führen, und die Arrhythmie kann verschwinden. Weitere Medikamente in der Anwendung von Ionenkanalblockern sind Medikamente gegen Bluthochdruck, die Kalziumkanäle blockieren.

    01:32 Nun gibt es noch andere Dinge, die Kanalöffner sein können. Es gibt zum Beispiel Substanzen, die sich öffnen, in diesem Fall Kaliumkanäle, eine davon kann man rechts sehen. Das ist Minoxidil. Minoxidil ist ein Vasodilatator (Gefäßerweiterer), und Minoxidil ist besser bekannt als Haarwuchsmittel, das Rogaine, das das Wachstum der Haarzellen anregt.

    01:57 Diese Substanz wirkt gefäßerweiternd, weil sie tatsächlich Kaliumkanäle öffnet.

    02:03 Es gibt Medikamente, die eingesetzt werden und die Kanalöffner sind, zu denen auch Antikonvulsiva, wie Sie hier sehen können, gehören. Ionophore sind Moleküle, die mit Kanalproteinen verwandt sind, über die wir hier bereits gesprochen haben, aber es sind keine Proteine. Es sind lipophile Substanzen, die in vielen Fällen tatsächlich von Organismen synthetisiert werden. Zu diesen Substanzen gehören Kaliumionophore, die in Membranen eingebettet sind und selektiv Kalium transportieren können. Ein Beispiel, das Sie hier sehen können, ist Valinomycin, das auf der rechten Seite gezeigt wird. Es hat eine relativ einfache Struktur und ermöglicht die Bewegung von Kalium in eine Zelle. Valinomycin kann als Antibiotikum wirken, denn wenn es an eine Zielzelle bindet und den Kaliumgradienten der Zelle zerstört, kann es die Zelle tatsächlich töten.

    02:50 Protonenionophore sind interessant und wichtig. Eines der wirklich interessanten hier wird 2,4-Dinitrophenol oder 2,4-DNP genannt. 2,4-DNP wurde zum ersten Mal bekannt, als es vor 100 Jahren um die Wende zum 20. Jahrhundert ein wundersames Diätmittel gab, das veröffentlicht wurde. Das Diätwundermittel war 2,4-DNP. Und 2,4-DNP wurde sehr stark beworben, ähnlich wie bei den Wunderdiätmitteln, von denen man heute im Internet hört. Diese Wundermittel beinhalten natürlich die Einnahme einer Pille und Schlafen. Während man schläft, verbrennt man Fett.

    03:23 Nun, es hat sich herausgestellt, dass mit 2,4-DNP, das tatsächlich passiert ist. Der Grund dafür ist, dass das 2,4-DNP Protonen in die Mitochondrien entweichen lassen kann.

    03:36 Jetzt haben wir gesehen, dass die ATP-Synthase, die auf den Protonengradienten angewiesen ist, den Rotor dreht, um das ATP zu bilden. Was ist, wenn man ein Loch in den Damm sticht, sodass das Wasser, anstatt durch die Turbine zu strömen, durch das Loch reinkommt? Nun es wird den Gradienten zerstören und wenn man den Gradienten zerstört, was wird dann mit der Synthese von ATP passieren? Nun, natürlich wird sie sinken. Nun, die Zellen brauchen das ATP. Also wenn sie ATP brauchen, was tun sie dann? Sie fangen an, Substanzen wie Glukose oder wie Fett zu verbrennen und so weiter, um den Protonengradienten zu erzeugen.

    04:10 Aber je mehr sie versuchen, den Protonengradienten zu erzeugen, desto mehr verschwindet einfach durch das Loch. 2,4-DNP war eine Wunderdiät, sie tötete bloß einen gehörigen Prozentsatz von den Leuten, die es genommen hatten. Deshalb sage ich den Studierenden immer, dass sie darüber nachdenken sollen, wenn ich über wundersame Diätmedikamente rede.

    04:27 Eine der Fragen, die ich von Studierenden gestellt bekomme, nachdem ich diese Geschichte erzählt habe, ist die Folgende: Was wäre, wenn man nur ein ein kleines bisschen nimmt? Woraufhin ich antworte: Was wäre, wenn Sie nur ein wenig Arsen zu sich nehmen würden, würden Sie das tun? Ich glaube nicht, dass Sie das tun würden, also ist es keine gute Idee. In jedem Fall ist das 2,4-DNP nichts, mit dem man zutun haben sollte.

    04:44 Andere Substanzen, die Ionophore sind, sind Kalziumionophore. Zu diesen zählt Ionomycin und es gibt noch andere Ionophore, die nicht nur bestimmte Ionen, sondern eine Vielzahl von Ionen eindringen lassen, darunter auch die Verbindungen, die Sie hier auf dem Bildschirm sehen.

    04:59 Nun, ich habe hier viel Zeit damit verbracht, über die Bedeutung von Lipiddoppelschichten zu sprechen und habe über die Lipiddoppelschichten in Bezug auf die Bewegung von Ionen und die Erzeugung von ATP, sowie die Kontrolle der Umgebung, in der die Zelle existiert, geredet. Es ist ganz klar, dass die Lipid- doppelschicht essentiell für eine lebende Zelle ist, nicht nur als Barriere gegen den Rest der Welt, sondern auch um die Funktionen auszuführen, die eine Zelle zu erfüllen hat.


    About the Lecture

    The lecture Ion Channel Blocker and Opener – Biological Membranes by Kevin Ahern, PhD is from the course Biochemistry: Basics.


    Included Quiz Questions

    1. They promote the movement of ions across membranes.
    2. They use triphosphate energy to move ions across membranes.
    3. They help to build proton gradients.
    4. They are not produced by living cells.
    5. They are lipophobic substances.
    1. Valinomycin — an ion channel blocker produced by a human cell to inhibit the movement of antibiotics across the cell membrane
    2. Saxitoxin — Na+ ion channel blocker in nerve cells
    3. Minoxidil — antihypertensive vasodilator medication
    4. Retigabine — anticonvulsant
    5. 2,4-Dinitrophenol — a proton ionophore that dissipates the proton gradient across mitochondria membrane
    1. It is a proton ionophore that can shuttle protons across biological membranes and disrupt the proton gradient across the membrane.
    2. It is a sodium channel blocker located in the mitochondrial membrane.
    3. It is a multiple ion channel blocker that allows the movement of various ions across the cell, mitochondrial, and nuclear membranes.
    4. It is an ion channel blocker that allows the movement of calcium ions across the nuclear membrane.
    5. It is an ion channel opener that allows the movement of potassium ions across the cell membrane.

    Author of lecture Ion Channel Blocker and Opener – Biological Membranes

     Kevin Ahern, PhD

    Kevin Ahern, PhD


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    exellent explanations
    By roberto m. on 18. August 2018 for Ion Channel Blocker and Opener – Biological Membranes

    very good lecture. pretty well organized and instructive. He has a deep knowledge of the material making me to pay special attention to all his lectures.