Bevezetés. Állatélettan előadás Csütörtök: 16:00-18:30 Bólyai terem Déli Tömb Dr. Détári László tanszékvezető egyetemi tanár

Átírás

1 Bevezetés Állatélettan előadás Csütörtök: 16:00-18:30 Bólyai terem Déli Tömb /20 Dr. Détári László tanszékvezető egyetemi tanár Élettani és Neurobiológiai Tanszék 1117 Bp., Pázmány Péter sétány 1/C iroda: Tel.: homepage: 1

2 Számonkérés 3/20 előadás heti 3 óra vizsgához forrás: előadás anyaga (homepage-n megtalálható) Fonyó Attila: Az orvosi élettan tankönyve Kiss János: Élettan feladatok és megoldások Tortora G.J., Derrickson B.H.: Principles of Anatomy and Physiology gyakorlat I. és II. félévben emelt szint A hetente 6 óra (limitált létszám) alap szint B hetente 3 óra gyakorlati jegy alapja: jegyzőkönyvek félévvégi zárthelyi gyakorlathoz forrás: Élettani gyakorlatok a tanszéki honlapon Az élettan tárgyköre 4/20 az élet definiálása igen nehéz, inkább filozófiai kérdés a szövetek, szervek, szervrendszerek funkcióját vizsgálja szintetizáló tárgy, támaszkodik a korábban tanultakra sokféle élettan van: orvosi élettan kórélettan állatélettan összehasonlító élettan környezet élettan stb. az előadás keverék élettan lesz: emlős alap, orvosi-kórélettani és összehasonlító kitekintéssel 2

3 Az élettan alaptémái 5/20 struktúra és funkció egysége adaptáció (evolúció során), akklimatizáció (egyed élete során) pl. magas hegység - ritka levegő Mexikói olimpia - helybeliek adaptálódtak külföldiek akklimatizálódtak (más módon) nem mindig adaptáció az, ami annak látszik: láma - teve; a magas O 2 kötőképesség nem adaptív jegy a lámában belső környezet (Claude Bernard, 1872) homeosztázis (Walter Cannon, 1929) - inkább optimális (vs. állandó) szinten tartás negatív visszacsatolás (feedback) - érzékelő, kell-érték, hibajel konformitás és reguláció 6/20 sejtélettan membránok potenciálok kommunikáció izomműködés vér + keringés légzés kiválasztás emésztés endokrin szab. nemi működés érzékszervek mozgató mük. hipotalamusz integratív funkciók 3

4 Sejtmembrán A biológiai membránok 8/20 a sejtek felszínét, de a sejtszervecskéket is membrán borítja - kompartmentalizáció Karl Wilhelm von Nägeli XIX szd. közepe - festékkel szembeni barrier a sejtfelszinen - duzzadás és zsugorodás - plazma membrán EM megjelenésével bizonyították csak Singer és Nicholson (1972): folyékony mozaik 6-8 nm vastag kettős lipid réteg + fehérjék mozaik, mert a fehérjék csoportosulnak folyékony, mert oldalirányban elmozdulhatnak arány változó: mielin vs. mitokondrium 10 6 lipid molekula/négyzetmikron 4

5 Lipid komponensek I. 9/20 foszfolipidek általában az összlipidtartalom több, mint fele foszfogliceridek foszfatidilkolin foszfatidilszerin foszfatidiletanolamin egyéb, pl. foszfatidilinozitol (PI, PIP, PIP 2 ) cisz-, és transz konfiguráció szerepe szfingomielin szerin + zsírsav = szfingozin (COOH-k kondenzálódnak) szfingozin + zsírsav = ceramid (szerin aminocsoportján) ceramid + foszfát + kolin = szfingomielin (szerin OH-ján) a lipid raftok jellegzetes komponense, a koleszterinnel együtt Lipid komponensek II. 10/20 glikolipidek csak külső oldalon sejtfelismerés, antigének (pl. vércsoportok) növények és baktériumok: glicerin alapú állatok: ceramid alapú neutrális: pl. galaktocerebrozid (ceramidban szerin OH-jára galaktóz mielin külső membrán 40%-a gangliozid (ceramidban szerin OH-jához oligoszacharid, benne 1 vagy több töltéssel bíró sziálsav (N-acetil-neuraminsav - NANA) idegsejtekben az összes lipid 5-10%-a szteránvázasok koleszterin elsősorban több, mint 18% fluiditás csökken, raftokban magas arány 50% 5

6 Fehérje komponensek 11/20 integráns fehérjék: átérnek egyik oldalról a másikra membránban lévő rész ált. α-hélix, kívül hidrofób oldalláncokkal szekvencia alapján (hidrofóbicitás) jósolható gyakran többször áthatol: pl. 7TM receptor hélixek között loop-ok funkciójuk: ioncsatorna, receptor, enzim, transzporter, sejtkapcsoló, stb. perifériás fehérjék: csak valamelyik oldalon asszociálódnak a membránnal lehetnek pl. enzimek, szignalizációban szereplő fehérjék (G-fehérje, adenil-cikláz, stb.) A membrán mint barrier 12/20 gátat jelent az anyagáramlásnak anyag szerinti osztályozás: hidrofób (apoláros) anyagok - diffúzió hidrofil (poláros) anyagok töltés nélküliek: kis mólsúly - diffúzió nagyobb mólsúly - szállító molekulával ionok - ioncsatornán keresztül, vagy szállító molekulával energetikai osztályozás: passzív: gradiens mentén - energiát nem igényel (diffúzió, facilitált diffúzió, csatorna) aktív: gradienssel szemben - közvetlen, vagy közvetett energiafelhasználás - szállítómolekula speciális: endocitózis, exocitózis 6

7 Diffúzió I. 13/20 tömegáramlás (konvekció, bulk flow) és diffúzió különbsége vízmolekulák 2000 km/h, de össze-vissza glukóz csak (?) 700 km/h az idő a távolság négyzetével nő kapillárisban glukóz: 10 µ - 90% - 3,5 s 10 cm - 90% - 11 év méretkorlát (30-50 µ), plazmaáramlás, axon-transzport rendszerek Fick első törvénye: J = -D*A*dc/dx adott pontból x-irányban nézzük c-t, és az áramlást Diffúzió II. 14/20 gömbölyű molekulákra (Stokes-Einstein): D = kt / (6πrη) lipid rétegen át történő diffúziónál a határfelületi koncentráció számít a lipid oldalon a vizes fázis konc.-ja állandó, a lipid fázisé a megoszlási hányadostól függ a gradiens tehát: K(c o - c i ) / x tehát J = - D m KA (c o - c i ) / x a megoszlási hányados és a membránon belüli diffúziós állandó adott anyagra konstans, a membrán vastagsága is - permeabilitási koefficiens J = - PA (c o - c i ) rokon fogalom: konduktancia 7

8 Ozmózis I. 15/20 tulajdonképpen a víz diffúziója könnyen átjut, vízterek egyensúlyban Abbé Jean Antoine Nollet (1748) fedezte fel, húgyhólyaggal kísérletezve egyensúlyhoz hidrosztatikai nyomás kell a oldat felöli térrészben - ozmózisnyomás osmos = nyomni, tolni egyenes arányosság T-vel és molalitással van t Hoff: az oldott molekulák az oldatban a gáz molekuláihoz hasonlóan viselkednek 1 M gáz szobahőn, 1 atm-án 24 liter 1 literre összenyomva 24 atm 1 ozmólos oldat szobahőn 24 atm ozmózis nyomással rendelkezik levezetéshez barométerformula és gőznyomás csökkenés figyelembe vétele Ozmózis II. 16/20 az ozmózisnyomás a részecskék számától függ: π = i * m * RT m - a koncentráció molalitásban megadva i - az egy molekulából létrejövő részecskék száma NaCl: 2, CaCl 2 : 3 molaritással szoktak számolni, és táblázatból korrigálják mérése fagyáspontcsökkenés vagy forráspontnövekedés alapján hipozmótikus, hiperozmótikus, izozmótikus hipotónusos, hipertónusos, izotónusos ezek a fogalmak nem azonosak! első számolt, második élő sejtre gyakorolt hatás alapján megfigyelt, pl. glicerin + NaCl izozmótikus NaCl oldat: 0,9%-os fiziológiás sóoldat, vagy fiz.só 8

9 Ioncsatornák 17/20 integráns fehérjék alkotják; α-hélixek, köztük hurkok (loop) Na +, K +, Ca ++, Cl - így, vagy transzporterrel vizsgálatuk patch-clamp módszerrel szelektivitás ionokkal szemben - méret, töltés, dehidratálási energia (K + > Na + mérete) nagy családok: csoportosítás ion és nyitási mód szerint szivárgási, feszültségfüggő, ligandfüggő, mechanoszenzitív csatornák feszültségfüggők ismertebbek: 4 motif, mindegyikben 6 hélix - Na +, Ca ++ 1 molekula, K + 4 molekula, 1-1 motiffal - gyakran három állapot ligandfüggők általában 5 motif (pentamer), 5 külön alegység, mindegyik 4 hélix-el Átjutás szállító molekulával I. 18/20 kapcsolódás hatására konformációváltozás nem ingázik a membrán két oldala között típusai energetikai szempontból: facilitált diffúzió aktív transzport típusai szállított anyagok szerint uniporter - 1 anyag symporter 2, vagy több anyag azonos irányban antiporter 2, vagy több anyag ellenkező irányban jellemzői: telítődés szelektivitás kompetíció (versengés) 9

10 Átjutás szállító molekulával II. facilitált diffúzió gradiens mentén nem igényel energiát nagy, poláros molekulák, pl. glukóz felvétele aktív transzport közvetlen energiafelhasználással, ATP bontás ha ion, akkor pumpának hívjuk Na + /K + pumpa, ideg és izom sejtekben - antiporter - pontos mechanizmus nem ismert H + - mitokondrium - ATP szintézis 3 H + átjutása során közvetett energiafelhasználással, ált. Na + gradiens rovására pl. glukóz, aminosav felszívás a vesében, bélben pl. vízvisszaszívás a vesében 19/20 Endocitózis és exocitózis 20/20 makromolekulák átjutása a membránon endocitózis - anyag felvétel pinocitózis - folyadék - állandóan, minden sejtben fagocitózis - szilárd - ingerre, csak speciális sejtekben mechanizmus: hólyagocska lefűződése a membránról receptor-mediálta endocitózis clathrin coated pits - receptorok összegyűlnek lefűződés után pl. lizoszómával egyesül fehérjék, hormonok, vírusok, toxinok, stb. bejutása konstitútív (állandóan zajló) endocitózis is van - pl. membrán visszavétele ( recycling ) exocitózis - anyag leadás mechanizmus: hólyagocska fúziója a membránnal jel-indukálta exocitózis - ideg-, és mirigysejtek Ca ++ szerepe konstitútiv exocitózis is van - állandóan folyik 10

11 Konformitás és reguláció Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig Folyékony mozaik membrán Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig

12 Foszfolipidek típusai Alberts et al.: Molecular biology of the cell, Garland Inc., N.Y., London 1989, Fig Inozitol foszfatidok Alberts et al.: Molecular biology of the cell, Garland Inc., N.Y., London 1989, Fig

13 Foszfogliceridek Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig Glikokalix Darnell et al., Scientific American Books, N.Y., 1986, Fig

14 AB0 vércsoportok Darnell et al., Scientific American Books, N.Y., 1986, Fig Cerebrozidok Alberts et al.: Molecular biology of the cell, Garland Inc., N.Y., London 1989, Fig

15 Gangliozidok Alberts et al.: Molecular biology of the cell, Garland Inc., N.Y., London 1989, Fig Koleszterin szerkezete Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig

16 Koleszterin a membránban Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig Hidrofóbicitás 16

17 Átjutás a membránon Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig Ioncsatornák vizsgálata Alberts et al.: Molecular biology of the cell, Garland Inc., N.Y., London 1989, Fig. 6-60,

18 Csatorna szelektivitás Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig Feszültség-függő csatornák Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig

19 Aktiváció - inaktiváció Alberts et al.: Molecular biology of the cell, Garland Inc., N.Y., London 1989, Fig Nikotinikus ACh receptor Alberts et al.: Molecular biology of the cell, Garland Inc., N.Y., London 1989, Fig

20 Facilitált diffúzió Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig Szállítás típusai Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig

21 Na + - K + pumpa Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig Na + - K + pumpa mechanizmusa Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig

22 Indirekt aktiv transzport Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig Exo-, és endocitózis mechanizmusa Alberts et al.: Molecular biology of the cell, Garland Inc., N.Y., London 1989, Fig

23 Receptor-mediálta endocitózis Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig Exocitózis a szinapszisban Alberts et al.: Molecular biology of the cell, Garland Inc., N.Y., London 1989, Fig