A szervezet vízterei

Átírás

1 A homeosztázis Bernard (XIX. sz.): belsı környezet fogalma - az élı szervezet egy folyékony belsı közegben (=extracelluláris folyadék) létezik - stabilitását biztosítani kell Canon (1926): homeosztázis fogalma - a szervezet azon képessége, hogy belsı állapotának szükséges állandóságát megırizze - manapság inkább a dinamikus egyensúly fenntartása az életmőködésekben izoionia: ionösszetétel izotermia: hımérséklet izovolémia: (víz)térfogat izohidria: vízmennyiség izozmózis: ozmotikus nyomás

2 A szervezet vízterei kapilláris membrán extracelluláris foly. (20%) vérplazma (~5%) intersticiális folyadék (15%) sejtmembrán vese intracelluláris folyadék (40%) légutak bır tápcsatorna testtömeg%

3 A sejtek és az extracelluláris folyadék közötti egyensúly ozmotikus viszonyok alapvetı befolyásolása - extracelluláris folyadék: fıleg Na +, Cl -, HCO 3- ionok - intracelluláris folyadék: fıleg K + ion, szerves és szervetlen PO 4 3- vegyületek - az ioneloszlás szabja meg a sejtek térfogatát is (ld. ozmózis) a vérplazma és az intersticiális (szövet közötti) folyadék összetétele ~hasonló, de a vérplazmában sok a fehérje - transzportfolyamatok, sav-bázis pufferrendszer - immunreakciók, vérzéscsillapítás, véralvadás - a vérplazma kolloidozmotikus nyomásának meghatározása az élettani folyamatokat a szervezet ált. negatív visszacsatolással szabályozza

4 Az élettani mőködések általános szabályozása a belsı környezetet átlagos értékekkel jellemezhetjük plazmaelektrolitok Na K + 4 3,4-5,2 Cl HCO 3 - átlagos koncentráció (mmol/l) 25 95%-os tartomány (mmol/l) 21-28,5 az egyensúlyi tartománytól való eltérés aktiválja a szabályozó folyamatokat ( hibajel ) a szabályozó folyamatok beindítása az egyes élettani folyamatokra jellemzı beállítási (ún. set-point) értékeknél indul meg zárt láncú szabályozás, ált. negatív visszacsatoláson alapul

5 Az élettani mőködések általános szabályozása negatív visszacsatolás - TRH hipotalamusz negatív és pozitív visszacsatolás hipotalamusz GHRH szomato sztatin komplex szabályozó rendszerek + fájdalom + - TSH hipofízis + - hgh hipofízis + T 4 /T 3 IGF1 máj pajzsmirigy

6 A biológiai membránok protektív és szelektív barrier kompartmentalizáció: sejtfelszín, sejtorganellumok XIX. sz. Nageli "plazma membrán" (festékdiffúzió, ozmózis) konkrét bizonyíték: '30-as évek, EM 1972, Singer és Nicholson: folyékony mozaik membrán a sejtmembrán szerkezete 6-8 nm 10 6 lipid molekula/µm 2

7 amfipatikus molekulák I. foszfolipidek (foszfogliceridek) glicero-3-foszfát származékok 2 apoláros zsírsavlánc leggyakoribb membránalkotó ER-ban szintetizált A lipid kettısréteg II. szfingolipidek szerin + zsírsav = szfingozin származékok szfingozin + zsírsav = ceramid ceramid + foszfát + kolin = szfingomielin; leggyakoribb Golgiban szintetizált glikolipidek: zsírsav + cukor - csak külsı membrán-felszínen - pl. vércsoport-oldalláncok

8 III. szteránvázas vegyületek koleszterin membrán-fluiditás szabályozása: hımérséklet lipidek, ill. hidrofób láncok összetétele (rövid vagy telítetlen lánc fluidabb szerkezet) A lipid kettısréteg lipid-tutaj (raft): fıleg szfingomielin, glikoszfingolipid funkcionális membránegység?

9 I. integráns membránfehérjék Membránfehérjék ált. glikoproteinek; glikozilált rész extracellulárisan hidrofób transzmembrán szerkezet mőködésük lehet: transzport-funkció ioncsatorna transzporter ionpumpa enzim receptor rögzítı, horgonyzó funkció, adhéziós molekulák II. asszociált v. perifériás membránfehérjék csak az egyik oldalon asszociálódnak a membránnal mőködésük lehet: enzimek szignál-molekulák

10 A sejtmembrán és a sejtváz

11 Transzportfolyamatok I. A membrán mint barrier: a permeabilitási állandó (P) függ anyag mérete anyag töltése, polaritása olaj/víz megoszlási hányados Anyag szerinti osztályozás: hidrofób (apoláros) anyagok - diffúzió lipid membránon át gázok (O 2, CO 2, CO, NO, stb) szteroidok hidrofil (poláros) anyagok - ionok: ioncsatornán / pumpán / transzporteren keresztül - töltés nélküli: kis mólsúlyú - diffúzió EtOH, glicerin, urea nagyobb mólsúly - szállító molekula (transzporter) glükóz, egyéb cukrok, aminosavak ioncsatorna transzporter diffúzió

12 Speciális: Transzportfolyamatok II. endocitózis: anyag felvétel (pinocitózis, fagocitózis) receptor-mediált endocitózis ("klatrin-fedett gödrök") állandó folyamat (membrán recirkuláció) exocitózis: anyag leadás; vezikula-fúzió a sejtmembránnal jel-indukálta (mirigysejtek, idegsejtek; Ca ++ ) állandó folyamat (membrán recirkuláció)

13 Energia-igény szerinti osztályozás: passzív transzport: gradiens mentén - energiát nem igényel diffúzió facilitált diffúzió csatorna Transzportfolyamatok III. aktív transzport: gradienssel szemben - közvetlen vagy közvetett energiafelhasználás elsıdleges: ATP hidrolízise a transzporthoz közvetlenül kapcsolódik; ionpumpa pl. Na-K ionpumpa (Na + -K + ATPáz) másodlagos: a primer pumpa által létrehozott iongradiens tartja fent pl. Na + - glükóz kotranszporter

14 A passzív transzport: diffúzió és ozmózis Diffúzió: molekulák random hımozgása nem telítési kinetika Ozmózis: a víz diffúziója lipid réteg telítetlen zsírsavláncai között vagy "vízcsatornákon" át 1748, Nollet: koncentráció-kiegyenlítıdés húgyhólyag két felszíne között (szemipermeábilis); ozmózisnyomás izozmotikus, hipozmotikus, hiperozmotikus: két, szemipermeábilis membránnal elválasztott oldat egymáshoz viszonyított ozmotikus nyomása (kiszámolt érték) izotónusos, hipotónusos, hipertónusos: élı sejtre gyakorolt, megfigyelt hatás alapján

15 Átjutás szállító molekulával általános jellemzık telítıdés szelektivitás kompetíció V max : maximális transzportsebesség K m : szubsztrát iránti affinitás

16 Szállító molekulával történı transzport-típusok osztályozása Energia-igény szerint: facilitált diffúzió aktív transzport Szállított anyagok szerint: uniporter pl. glükóz transzporter (GLUT 1) szimporter vagy kotranszporter pl. Na + -glükóz, Na + -Cl - antiporter vagy kicserélı transzporter pl. Cl - -HCO 3-, Na + -Cl -, Na + -Ca ++ Szállító molekula típusa szerint: transzmembrán csatorna facilitatív transzporter: reverzibilis konformáció változás

17 Transzmembrán ioncsatornák: nyitott állapotban anyagáramlás az elektrokémiai (kémiai, elektromos) gradiens irányába töltés, méret, polaritás alapján szelektív nyitásuk/zárásuk szabályozása: mechanoszenzitív feszültség függı (ált. 4 x 6TM) ligand vezérelt (ált. pentamer, 4TM) feszültség-függı Na+ csatorna nikotinikus ACh receptor Ligand-vezérelt membránreceptorok: közvetlen anyagtranszport nélküli információtovábbítás: hírvivı molekulák ionotrop receptor: jelmolekula bekötése ioncsatornát nyit/zár metabotrop receptor: jelmolekula bekötése citoplazmás folyamatokat indít be/állít le (ld. késıbb)

18 Szállító molekulával történı transzport-típusok osztályozása pumpa transzporter csatorna specificitás teljes közepes csak 10-20x sebesség (ion/s) 100 < transzport irány a konc. gradiens ellen szerint más iont a gradiense ellenében is mozgathat (antiport) szerint energiaigény van nincs nincs iontranszport/kon- ~1 ~1 sok formációs változás

19 A sejtek közötti kapcsolatok a hámszövetben zonula occludens (öv-kapcsolat, szoros kapcsolat, tight junction) (a) zonula adherens (övszerő kapcsolat) (b) dezmoszóma (folt-kapcsolat) (c) hemidezmoszóma (d) réskapcsolat (gap junction) (e)

20 Zonula adherens Dezmoszóma Hemidezmoszóma

21 A szoros kapcsolat A réskapcsolat

22 A sejtek közötti adhéziós kapcsolatok sokféle, membránba ágyazott adhéziós molekula a sejtek egymáshoz rögzítése mellett a molekulák összekapcsolódása intracelluláris jelátviteli útvonalakat is beindíthat (ld. késıbb, sejtek közötti kommunikáció)

23 A sejtek és az extracelluláris mátrix (ECM) közötti adhéziós kapcsolatok

24 A sejtek közötti anyag- és információforgalom soksejtőekben összehangolt információcsere I. A sejtek közötti direkt kommunikáció közvetlen kapcsolat: rés-kapcsolat vagy gap junction ingerlékeny sejteknél elektromos szinapszis kis molekulák közvetlen anyagforgalma connexinek <2 nm

25 II. A sejtek közötti indirekt kommunikáció (1.) kémiai anyag közvetítése a jeladó - jel - csatorna - jelfogó rendszerben I. jeladó specializált: ideg- és mirigysejtek más sejttípusoknál is gyakori (pl. autokrin) II. jel 1. apoláros, plazmamembránon átjutó szteránvázas vegyületek, retinoidok 2. elsıdleges hírvivık, membránreceptorhoz kötıdı biogén aminok: katekolaminok (NA, Adr, DA); indolaminok (5-HT); imidazolok (HT); észterek (ACh), stb aminosavak (glu, asp, tiroxin, GABA, glicin) kis peptidek, fehérjék nukleotidok és származékaik (ATP, adenozin) 3. gáznemő, szabadon diffundáló CO, NO 4. sejtfelszíni molekulák (adhéziós fehérjék, glikolipidek, glikoproteinek)

26 III. csatorna A sejtek közötti indirekt kommunikáció (2.) szöveti hormon hormon szövet közötti tér véráram neurotranszmisszió neurotranszmitter szinaptikus rés

27 A sejtek közötti indirekt kommunikáció (3.) IV. jelfogó intracelluláris receptor lipid oldékony vegyületek (szteroidok, retinsav) citoplazmatikus kötı fehérjék, DNS-kötı domén "reszponzív elemeken" keresztül közvetlen génexpresszió-reguláló hatás membrán receptor 1. ionotrop ioncsatornát szabályozó receptor (ligand-vezérelt) gyors neurotranszmisszió; ideg- és izomsejteken 2. metabotrop lassabb, metabolikus folyamatok jelátvitel módja lehet: tirozin (szerin, treonin) kinázok (pl. növekedési faktorok) G-fehérjéhez kapcsolt (7 TM) Ig szupercsalád, adhéziós molekulák

28 metabotrop hatás: Másodlagos hírvivı rendszerek (pl.) jel receptor G-fehérje (G s, G i ) adenilát-cikláz aktiválása camp termelés sejtmőködés megváltozása

29 Másodlagos hírvivı rendszerek (pl.) jel receptor G-fehérje foszfolipáz C (PLC) aktiválása DAG, IP 3 termelés (diacil-glicerol; inozitol-trifoszfát) sejtmőködés megváltozása

30 ionotrop hatás: Másodlagos hírvivı rendszerek (pl.) elektromos vagy kémiai jel ioncsatorna nyitása Ca ++ beáramlás a sejtbe guanilát-cikláz, más fehérjék aktiválása sejtmőködés megváltozása

31 A sejtmembrán lipidkomponensei, mint másodlagos hírvivık (pl.)

32 Az intracelluláris Ca 2+ szint szabályozása

33 Ábrák

34 A sejtmembrán szerkezete

35 A sejtmembrán alkotórészei: foszfolipidek foszfatidil-etanolamin foszfatidil-szerin foszfatidil-kolin inozitol foszfatidok (PI, PIP, PIP 2 )

36 A sejtmembrán alkotórészei: szfingolipidek szerin szfingomielin

37 glikoszfingolipid A sejtmembrán alkotórészei: glikolipidek a vércsoport-antigének

38 A membránfehérjék Integráns membránfehérjék Perifériás/asszociált membránfehérjék

39 Az endo- és exocitózis

40 A passzív transzport típusai diffúzió diffúzió szállító molekulával membráncsatornán keresztül

41 A Na + -K + pumpa (Na + -K + ATPáz)

42 A Na + -glükóz kotranszport: másodlagos aktív transzport

43 A transzportfolyamatok típusai passzív diffúzió elektrokémiai gradiens szerint (csatorna) passzív transzport szállító molekulán (transzporteren) át elsıdleges aktív transzport az elektrokémiai gradienssel szemben (pumpa) másodlagos aktív transzport az elektrokémiai gradienssel szemben - a másik ion elektrokémia hajtóereje hatjta (transzporter) aktív transzport

44 Vörös vértestek hipo-, izo- és hipertóniás oldatban a víz ozmotikus vándorlása

45 Transzporter-mediált anyagszállítás: példák

46 A hámszövetben kialakuló adhéziós kapcsolatok (e) réskapcsolat (a) zonula occludens (b) zonula adherens (d) hemidezmoszóma (c) dezmoszóma

47 Az ioncsatornák heterogenitása; fıbb családok

48 A rés-kapcsolat: connexin szerkezet

49