A sejtek membránpotenciálja (MP)

Hasonló dokumentumok
Membránpotenciál, akciós potenciál

Membránpotenciál. Nyugalmi membránpotenciál. Akciós potenciál

Az idegi működés strukturális és sejtes alapjai

Az ingerületi folyamat sejtélettani alapjai

Gyógyszerészeti neurobiológia. Idegélettan

Egy idegsejt működése. a. Nyugalmi potenciál b. Transzport proteinek c. Akciós potenciál

a. Nyugalmi potenciál b. Transzport proteinek c. Akciós potenciál. Nyugalmi potenciál. 3 tényező határozza meg:

Nyugalmi potenciál, akciós potenciál és elektromos ingerelhetőség. A membránpotenciál mérése. Panyi György

Potenciálok. Elektrokémiai egyensúly

Membránszerkezet, Membránpotenciál, Akciós potenciál. Biofizika szeminárium

Transzportfolyamatok a biológiai rendszerekben

Az idegsejtek kommunikációja. a. Szinaptikus jelátvitel b. Receptorok c. Szignál transzdukció neuronokban d. Neuromoduláció

A somatomotoros rendszer

Membránszerkezet. Membránszerkezet, Membránpotenciál, Akciós potenciál. Folyékony mozaik modell. Membrán-modellek. Biofizika szeminárium

Elektrofiziológiai alapjelenségek 1. Dr. Tóth András

Érzékszervi receptorok

a. Szinaptikus jelátvitel b. Receptorok c. Szignál transzdukció neuronokban d. Neuromoduláció. Szinaptikus jelátvitel.

Nyugalmi és akciós potenciál

Termodinamikai egyensúlyi potenciál (Nernst, Donnan). Diffúziós potenciál, Goldman-Hodgkin-Katz egyenlet.

Szignáltranszdukció Mediátorok (elsődleges hírvivők) az információ kémiailag kódolt

Elemi idegi működések, az idegrendszer felépítése és működésének alapjai

Az akciós potenciál (AP) 2.rész. Szentandrássy Norbert

Bari Ferenc egyetemi tanár SZTE ÁOK-TTIK Orvosi Fizikai és Orvosi Informatikai Intézet

Szívelektrofiziológiai alapjelenségek. Dr. Tóth András 2018

Elektrofiziológiai alapjelenségek. Dr. Tóth András

Egy idegsejt működése

Debreceni Egyetem Orvos- és Egészségtudományi Centrum Biofizikai és Sejtbiológiai Intézet

Sejtek membránpotenciálja

Az ioncsatorna fehérjék szerkezete, működése és szabályozása. A patch-clamp technika

A sejtek közöti kommunikáció formái. BsC II. Sejtélettani alapok Dr. Fodor János

Érzékelési folyamat szereplői. Az érzékelés biofizikájának alapjai. Receptor felépítése. Az inger jellemzői MILYEN? HOL? MENNYI? MEDDIG?

Érzékelési folyamat szereplői. Az érzékelés biofizikájának alapjai. Inger Modalitás Receptortípus. Az inger jellemzői MILYEN? HOL? MENNYI? MEDDIG?

Membránszerkezet Nyugalmi membránpotenciál

MEMBRÁNSZERKEZET, MEMBRÁNPOTENCIÁL, AKCIÓS POTENCIÁL. Biofizika szeminárium

Az idegsejt elektrokémiai és

A membránpotenciál. A membránpotenciál mérése

BIOFIZIKA. Membránpotenciál és transzport. Liliom Károly. MTA TTK Enzimológiai Intézet

IONCSATORNÁK. I. Szelektivitás és kapuzás. III. Szabályozás enzimek és alegységek által. IV. Akciós potenciál és szinaptikus átvitel

A nyugalmi potenciál megváltozása

Érzékelési folyamat szereplői. Az érzékelés biofizikájának alapjai. Inger Modalitás Receptortípus. Az inger jellemzői MILYEN? HOL? MENNYI? MEDDIG?

Speciális működésű sejtek

Ujfalussy Balázs Idegsejtek biofizikája Harmadik rész

Az idegrendszer és a hormonális rednszer szabályozó működése

Sejt - kölcsönhatások az idegrendszerben

Az érzékelés biofizikájának alapjai. Érzékelési folyamat szereplői. Az inger jellemzői MILYEN? HOL? MENNYI? MEDDIG?

Transzportfolyamatok a biológiai rendszerekben

Idegrendszer 1. systema nervosum. Általános jellemzés, idegszövet

II. félév, 8. ANATÓMIA elıadás JGYTFK, Testnevelési és Sporttudományi Intézet. Idegrendszer SYSTEMA NERVOSUM

A kémiai szinapszis (alapok)

Interneurális kommunikáció

A Sejtmembrán Szerkezete Nyugalmi Membránpotenciál

Nyugalmi potenciál, akciós potenciál és elektrotónusos potenciálok. - Ionális mechanizmusok -

Transzportfolyamatok a biológiai rendszerekben

A sejtmembrán szabályozó szerepe fiziológiás körülmények között és kóros állapotokban

Az idegrendszeri alapműködése, felépítése

AZ IDEGSEJTEK KÖZTI SZINAPTIKUS KOMMUNIKÁCIÓ Hájos Norbert. Összefoglaló

Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen

Prof. Dr. Kéri Szabolcs SZTE ÁOK, Élettani Intézet, 2018

22. Az idegrendszer működésének alapjai. Az idegszövet felépítése

Az idegsejtek biofizikája. 1. Az egyensúlyi potenciál

Neurotranszmisszió. Prof. Dr. Kéri Szabolcs. SZTE ÁOK, Élettani Intézet, Miért fontos a szinapszisokkal foglalkozni?

Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen

Az idegi szabályozás efferens tényezıi a reflexív általános felépítése

Nyugalmi potenciál, akciós potenciál és elektrotónusos potenciálok. - Ionális mechanizmusok -

IONCSATORNÁK. Osztályozás töltéshordozók szerint: pozitív töltésű ion: Na+, K+, Ca2+ negatív töltésű ion: Cl-, HCO3-

Kommunikáció. Sejtek közötti kommunikáció

Sáry Gyula SZTE ÁOK Élettani Intézet

1. Mi jellemző a connexin fehérjékre?

Sejt - kölcsönhatások. az idegrendszerben és az immunrendszerben

FEJEZETEK AZ ÉLETTAN TANTÁRGYBÓL

IDEGSZÖVET 1. neuronok felépítése, típusai, végszervei 2. gliasejtek típusai és funkciója

Transzportfolyamatok a biológiai rendszerekben

Fenntartó adag: az a gyógyszermennyiség, amely egy adott hatás állandó szinten tartásához szükséges: elimináció visszapótlása!

AZ IDEGSZÖVET Halasy Katalin

Szabályozó rendszerek. Az emberi szervezet különbözı szerveinek a. mőködését a szabályozás szervrendszere hangolja

SZABÁLYOZÁS visszajelzések

Az idegrendszer felépítése és működése

Intelligens Rendszerek Elmélete. Biológiai érzékelők és tanulságok a technikai adaptáláshoz. Az érzékelés alapfogalmai

A Sejtmembrán Szerkezete Nyugalmi Membránpotenciál

Szinaptikus folyamatok

Idegsejtek közötti kommunikáció

HUMÁN ÉLETTAN I. ELİADÁSOK TEMATIKÁJA GYÓGYSZERÉSZ HALLGATÓKNAK

A tanulási és emlékezési zavarok pathofiziológiája. Szeged,

Fényreceptorok szem felépítése retina csapok/pálcikák fénytör közegek

A szív élettana. Aszív élettana I. A szív pumpafunkciója A szívciklus A szívizom sajátosságai A szív elektrofiziológiája Az EKG

SZAGLÁS 2

Nusser Zoltan. Celluláris Idegélettani Laboratórium MTA Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézet Budapest

Biofizika I. DIFFÚZIÓ OZMÓZIS

KÉSZÍTETTE: BALOGH VERONIKA ELTE IDEGTUDOMÁNY ÉS HUMÁNBIOLÓGIA SZAKIRÁNY MSC 2015/16 II. FÉLÉV

Idegrendszer egyedfejlődése. Az idegszövet jellemzése

Transzportfolyamatok a biológiai rendszerekben

A pályázat célul tűzte ki a gerincvelői nociceptív ingerületfeldolgozást végző érző és a gerincvelői szintű motoros működéseket irányító mozgató

Elektrofiziológiai alapjelenségek 1. Dr. Tóth András

Jelátvitel az idegrendszerben:

A látás alapjai. Látás Nyelv Emlékezet. Általános elv. Neuron idegsejt Neuronális hálózatok. Cajal és Golgi 1906 Nobel Díj A neuron

Az idegrendszer érzı mőködése

Prof. Dr. Kéri Szabolcs SZTE ÁOK, Élettani Intézet 2018

Neurofiziológia I. Schlett Katalin Élettani és Neurobiológiai Tanszék. tel: 8380 mellék

SZERVRENDSZER TOXIKOLÓGIA

Átírás:

A sejtek membránpotenciálja (MP) XVIII. sz. Galvani, Aldani: "állati elektromosság" az izom és az idegszövet elektromosan ingerlékeny az izom és az idegszövet elektromosan vezetıképes 1939, Hodgkin és Huxley: akciós potenciál alapjai kalmár óriás axonon

A sejtek membránpotenciálja (MP) Nyugalomban valamennyi sejt belseje negatív a külsı felszínhez képest: negatív nyugalmi potenciál (E m : -30 és -90 mv között) Az ingerlékeny sejtekben (ideg-, izom- és egyes érzéksejtek) átmenetileg pozitív akciós potenciál alakulhat ki

A membránpotenciál kialakulásának fı okai: egyenlıtlen ioneloszlás a membrán két oldalán: a sejt belsejében magas K és alacsony Na koncentráció folyamatosan mőködı K-Na ionpumpa: Na ionokat kifelé, K ionokat befelé szállítja szelektív membránpermeabilitás: a sejtmembrán K ionokra nézve sokkal átjárhatóbb, mint Na ionokra a sejt besejében negatív töltéső, nem diffundáló ionok (fehérjék, nukleinsavak) vannak

A Donnan-egyensúly ha I és II oldal között nincs elektromos potenciál-különbség, az ionok koncentrációja kiegyenlítıdik ha I-be nem diffundáló, negatív töltéső makromolekula (A-) kerül, a K és Clionok aránya megváltozik: a K koncentrációja megnı az I oldalon (Donnan-egyensúly) adott ion kémiai potenciálja: µ=µ 0 RTlnCzFE µ 0 : ref. kémiai potenciál C: ion koncentrációja R: egyetemes gázállandó z: ion töltésszáma T: abszolút hımérséklet F: Faraday szám E: elektromos potenciál

A nyugalmi membránpotenciál kialakulása (1.) "hajtóerık": 1. az adott ionok koncentráció-különbsége (kémiai koncentrációgradiens) 2. a membrán két oldala között kialakuló töltéskülönbség, azaz az elektromos gradiens Egyensúlyi állapotban az elektromos és a kémiai koncentrációgradiens szabadenergia-változása egyenlı és ellentétes irányú. Ennek alapján bármely ion egyensúlyi potenciálja kiszámítható a koncentrációviszonyokból, függetlenül attól, hogy az adott ionra nézve permeábilis-e a membrán. E K = RT zf ln [ ] Kkülsı [ ] K belsı Nernst egyenlet; a K ion egyensúlyi (ekvilibrium) potenciálja 25C-on, átrendezve: E K = 58log [ ] Kkülsı [ ] K belsı azaz E K =-75,5 mv (E Na =55,9 mv)

A nyugalmi membránpotenciál kialakulása (2.) def: Egy ion egyensúlyi (ekvilibrium) potenciálja az a membránpotenciál érték, ahol az adott ion koncentráció-gradiensének megfelelı vándorlása és a sejtmembrán elektromos töltése egyensúlyban van. A sejtmembrán azonban nem csak egy ionra nézve permeábilis; a permeabilitási különbségeket a permeabilitási konstansok (P ion ) adják meg. Ennek alapján a membránpotenciál értéke: E m = RT F ln ( p ( p K K K K külsı belsı p p Na Na Na Na külsı belsı p p Cl Cl Cl Cl belsı külsı ) ) [mv] azaz átrendezve: E m = 58log ( p ( p K K K K külsı belsı p p Na Na Na Na külsı belsı p p Cl Cl Cl Cl belsı külsı ) ) [mv] Goldman-Hodgkin-Katz (GHK) egyenlet vázizomban: E m =-90 mv

A nyugalmi membránpotenciál kialakulása (3.) A sejtmembrán ion-konduktanciája az egyes ionokra nyugalmi állapotban különbözik: g K : g Na : g Cl = 1 : 0,05 : 0,45 ezért a membránpotenciál nyugalmi állapotban közel van a K egyensúlyi potenciáljához (K potenciál). Hipo-, hiper-, de- és repolarizáció fogalma 4: akciós potenciál (túllövés) nyugalmi membránpotenciál küszöb potenciál 3: hipopolarizáció (depolarizáció) 1-2: hiperpolarizáció repolarizáció

A membránpotenciál megváltozása - alapfogalmak *: az a feszültség-érték, ahol az akciós potenciál kiváltódik membránpotenciál (mv) nyugalmi membránpotenciál a sejt nyugalmi állapotára jellemzı membránpotenciál túllövés 3-4: de- vagy hipopolarizáció küszöb potenciál* a transzmembrán potenciál "megfordulása": a sejt belseje pozitívabb lesz repolarizáció a membrán 2 felszíne közötti potenciálkülönbség csökken a nyugalmi transzmembránpotenciál visszaállása 1-2: hiperpolarizáció a membrán 2 felszíne közötti potenciálkülönbség nı - a sejt belseje negatívabb lesz helyi (lokális) potenciál: a sejtmembrán kis részletén átmenetileg kialakuló potenciálváltozás

A potenciálváltozások mérése voltage clamp (feszültség-zár) vizsgálatok patch clamp (folt-feszültség-zár) vizsgálatok

A helyi (lokális) potenciálok Ioncsatornák nyitása külsı ingerre: lokalizált, elektrotónusos potenciálváltozások ionvándorlás elektrokémiai hajtóerı alapján, a transzmembrán potenciáltól függı irányba (K változó; Na, Ca 2 ált. befelé, Cl - ált. kifelé) az aktivált ioncsatornák környezetében átmenetileg megváltozó töltésviszonyok: lokális potenciál A sejtmembrán tér (λ)- és idıállandója (τ): a jel 1/e-ed részére csökken (~37%) (ld. membrán kapacitás) Tér- és idıbeli szummáció: a helyi potenciálok összegzıdése

A helyi (lokális) potenciálok hipopolarizáció: serkentı, excitatorikus potenciál (EP vagy EPSP - excitatórikus posztszinaptikus potenciál) hiperpolarizáció: gátló, inhibitoros potenciál (IP vagy IPSP - inhibitoros posztszinaptikus potenciál) E m EPSP IPSP A lokális potenciál gradálható: nagyobb ingerintenzitás nagyobb potenciálváltozást okoz (ingerlékeny sejtek: ha a helyi potenicál eléri a küszöbpotenciált, akciós potenciál alakul ki) Receptorpotenciál (érzısejtek): gradálható jelleg igen fontos

Az akciós potenciál (AP) ingerlékeny sejtek membránján: ideg-, izomsejtek, egyes receptorok vagy szekréciós sejtek sejttípusra jellemzı, állandó alak és idıbeli lefutás küszöb feletti inger: EPSP meghaladja a küszöb potenciált, gyors depolarizáció

Az akciós potenciál kialakulása közvetlen elızménye: a helyi potenciál megváltozása (hipopolarizáció) ha a hipopolarizáció mértéke eléri a küszöb potenciált: 1. gyors, TTX (tetradotoxin)-szenzitív, feszültség-függı Na csatornák rövid idıre kinyitnak gyors Na beáramlás: depolarizáció 2. késıi, feszültség-függı K csatornák nyitnak gyors K kiáramlás: re- és hiperpolarizáció a feszültség-függı csatornák bezáródása után a nyugalmi membránpotenciált a folyamatosan mőködı K-Na pumpa állítja vissza ion konduktancia (ms) membránpotenciál (mv)

Az akciós potenciál jellemzıi (1.) abszolút refrakter periódus: a Na csatornák inaktivált állapota miatt egyáltalán nem váltható ki újabb AP relatív refrakter periódus: a hiperpolarizáció miatt korlátozottan, csak nagyobb ingerléssel váltható ki újabb AP abszolút refr. st. relatív refr. st. akkomodáció: lassú depolarizáció esetén a küszöb-potenciál magasabb adaptáció: tartósan fennálló inger esetén a receptorpotenciál és az AP frekvencia csökken

feszültség-függı Ca 2 csatornák Na csatornák mellett/helyett: sima- és szívizom embrionális (éretlen) idegsejtek számos idegsejt sejttestje és dendritje Az AP terjedése AP hatására helyi áramkörök alakulnak ki változatlan amplitúdóval terjed tovább (nem csillapodó vagy dekremens); minden-vagy-semmi törvénye Az akciós potenciál jellemzıi (2.) AP kiváltása csak a megfelelı ioncsatornákkal rendelkezı sejteken lehetséges!!

Az akciós potenciál (AP) terjedése a sejtmembránon

nem-mielinált axonban Az akciós potenciál (AP) terjedése velıshüvelyő axonban mielinizáció: ugráló (szaltatórikus) ingerületvezetés a szigetelı hatás miatt velıshüvely nélkül lassú vezetés (0,5-2 m/s) a vezetési sebesség a rost keresztmetszetével is nı

A mielinizáció elektromos "szigetelés" az ECF-tıl és a szomszédos axonoktól, alatta nincs ioncsatorna; axonra tekeredve alakul ki Ranvier-féle befőzıdés: nagy mennyiségő ioncsatorna, potenciálváltozás központi idegrendszer: oligodendroglia - egy oligodendroglia sejt sok közeli axon egyes szakaszait borítja perifériás idegrendszer: Schwann-sejt és szatellita sejt - egy Schwann-sejt vagy csak egy mielinizált axont borít vagy több, nem mielinált axont ölel össze - a szatellita sejtek mechanikai védelmet és a sejttest - ICF kommunikációt szabályozzák

Idegrostok típusai emberben típus átmérı (µm) vezetési sebesség (m/s) funkció mielinált Aα 12-20 70-120 vázizim mozgatóneuron, propriocepció, szomatikus motoneuron Aβ 8 30-70 tapintás, nyomás Aγ 5 15-30 izomorsó afferensek Aδ <3 12-30 fájdalom, hideg, érintés B 3 3-15 vegetatív idegrendszer, preganglionáris rostok nem-mielinált C <1 0,5-2 fájdalom- és hımérséklet-érzı gerincvelıi dorzális afferensek, reflexek, mechanoreceptorok

Az idegsejtek alapvetı felépítése és mőködése beérkezı ingerületek összegzése AP kialakulása axondomb szinapszis mielin hüvely az ingerület (AP) terjedése transzmitter felszabadulás

A neurotranszmisszió sejtszintő folyamatai (1.) 1. axonális transzport, NT szintézis kis molekulájú, "klasszikus" NT (glutamát, GABA, glicin, ACh): preszinaptikus területen; re-uptake neuropeptidek: sejttestben, gyors axonális transzport 2. vezikulaürülés kvantális release

A neurotranszmisszió sejtszintő folyamatai (2.) 3. NT elimináció diffúzió enzimatikus bontás a szinaptikus résben: AChE (szarin gátolja) re-uptake, azaz újrafelvétel (dopamin, NA, 5-HT, Glu, GABA, glicin) 4. posztszinaptikus reakció, receptorok klasszikus NT biogén aminok, neuropeptidek

A szinaptikus integráció (1.) a neuron a posztszinaptikus potenciálok integrálásával, AP sorozatok formájában továbbítja az ingerületet dendritek, sejttest: a beérkezı EPSP, IPSP integrálása axondomb: az AP generálása az AP sorozat frekvenciája a posztszinaptikus depolarizáció mértékével arányos (az eredı potenciál nagyságát frekvencia-kód továbbítja) axondomb mielin hüvely beérkezı ingerületek összegzése AP kialakulása az ingerület (AP) terjedése transzmitter felszabadulás

A szinaptikus integráció (2.) axondomb: a beérkezı EPSP, IPSP elızetes integrálása alapján dıl el, tüzel-e és hogyan a sejt térbeli és idıbeli szummáció

A szinaptikus integráció (3.) ortodromos vezetés

acetilkolin A fıbb neurotranszmitterek I. kolinerg neuronok: motoneuron; preganglionáris neuronok; posztganglionáris paraszimpatikus neuronok; számos KIR neuron perifériás idegekben elsınek felfedezett gátló neurotranszmitter glutaminsav glutamaterg neuronok: a központi idegrendszer (KIR) leggyakoribb serkentı neurotranszmittere gyors serkentı, lassú posztszinaptikus, metabolikus változások GABA (γ-amino-vajsav) GABAerg neuronok: KIR leggyakoribb gátló neurotranszmittere gyors gátlás, lassú serkentés is lehetséges hatás glicin modulátor, gyors gátlás

A fıbb neurotranszmitterek II. katekolaminok (monoaminok): adrenalin (A), noradrenalin (NA), dopamin (DA) adrenerg neuronok: serkentı szimpatikus posztganglionáris rost; kromaffin sejtek; lehet serkentı és gátló is A CH 3 NA DA serotonin (5-HT) gyomor-bél traktus, agy vérlemezke hisztamin szintézis: Phe - Tyr - 3,4-dihidroxifenilalanin (dopa) - 3,4-dihirdroxifeniletilenamin (dopamin) - noradrenalin - adrenalin

Ábrák

Intra- és extracelluláris ionkoncentrációk

A nyugalmi potenciál kialakulása Na K

Patch-clamp mérések különbözı típusai

A helyi potenciál kialakulása; hipo- és hiperpolarizáció depolarizáció hipopolarizáció hiperpolarizáció A membrán tér- és idıállandója

A mielinizáció perifériás idegrendszer Schwann-sejt Schwann-sejt szatellita sejt központi idegrendszer oligodendroglia velıshüvelyő axon több, nem mielinált axon