Érzékszervi receptorok működése Akciós potenciál Érzékszervi receptorok Az akciós potenciál fázisai Az egyes fázisokat kísérő ionáram változások 214.11.12. Érzékszervi receptorok Speciális sejtek a környezetből érkező különböző információk felvételére és továbbítására. Feladat: fordítás, jelek dekódolása, tolmácsolás. Receptorsejt (érzékszerv) idegrost Központi Idegrendszer Inger: környezeti (fiziko-kémiai) hatás. Ingerület: a sejt környezeti hatásra bekövetkező anyagcsere-változása. Érzet (érzés): KIR-i, szubjektív funkció - eredmény. 1
Receptorok csoportosítása! Receptorok működése I. Receptorsejt (érzékszerv) idegrost Központi Idegrendszer Receptor-potenciál (küszöb-potenciál ) Akciós-potenciál f inger erőssége 2
Receptorok működése II. Φ Φ küszöb inger t U rec U küszöb receptor t U akciós mv -7 mv Akciós-potenciál t idegrost Ionok koncentrációja az emlős idegsejten belül és kívül Na + : 145 mm K + : 5 mm Cl - : 125 mm Na + : 1 mm K + : 14 mm Cl - : 1 mm 3
Egyensúlyi potenciál Nernst potenciál: Mekkora elektromos potenciál (E) képes egyensúlyban tartani a kialakult koncentráció grádienst (X 1 /X 2 ). E = RT zf ln X X 1 2 Ionok koncentrációja az emlős idegsejten belül és kívül Állítható erősségű áramforrás Na + : 145 mm Na + : 1 mm E mv_na+ = +45.1 mv 4
Szivárgás (passzív ion-csatornák) a membrán-potenciál egyetlen ionra nézve sem egyenlő az adott ion egyensúlyi potenciáljának az értékével E mv_k+ = -11.2 mv E mv_na+ = +45.1 mv E mv_cl- = +86.9 mv 3.8 mv E mv = - 92mV az ionok megpróbálnak átjutni a membránon szivárgás Passzív ion-csatornák K + K + Na + Na + ionok lassú mozgása. kompenzációra szorul. 5
Na-K ATPáz A nyugalmi membránpotenciál kialakulásának főszereplői a K + és Na + ionok (eltérő eloszlás és membránpermeabilitás). A Na-K ATPáz képes ellensúlyozni a Na + és K + passzív áramlását, aktív munka kifejtése árán (3 Na + ki; 2 K + be) hozzájárul a membránpotenciál kialakulásához. Kálium csatornák Ca 2+ érzékeny kálium csatorna (K Ca ) Befelé egyenirányító kálium csatorna (K IR ) Tandem pore domain potassium channel leaking channel (K 2p ) feszültség-függő kálium csatorna (K V ) Érzékeny a membránpotenciál változására. Islas LD, Sigworth FJ. Voltage sensitivity and gating charge in Shaker and Shab family potassium channels. J Gen Physiol. 1999 Nov;114(5):723-42. 6
Nátrium csatornák Ligand függő nátrium csatornák. Feszültség-függő (érzékeny) nátrium csatornák. Feszültség érzékeny részt tartalmaz. Érzékeny a membránpotenciál változására. Planells-Cases R, Caprini M, Zhang J, Rockenstein EM, Rivera RR, Murre C, Masliah E, Montal M. Neuronal death and perinatal lethality in voltage-gated sodium channel alpha(ii)-deficient Bernstein,J.(192).Untersuchungen mice. Biophys 2 Jun;78(6):2878-91. zur Thermodynamik der bioelektrischen Strome. Pflugers Arch.ges. Physiol. 92, 521 562. Nátrium csatornák Ligand függő nátrium csatornák. Feszültség-függő (érzékeny) nátrium csatornák. Feszültség érzékeny részt tartalmaz. Érzékeny a membránpotenciál változására. Aktivációs kapu (extracelluláris oldal) Inaktivációs kapu (intracelluláris oldal) Planells-Cases R, Caprini M, Zhang J, Rockenstein EM, Rivera RR, Murre C, Masliah E, Montal M. Neuronal death and perinatal lethality in voltage-gated sodium channel alpha(ii)-deficient Bernstein,J.(192).Untersuchungen mice. Biophys 2 Jun;78(6):2878-91. zur Thermodynamik der bioelektrischen Strome. Pflugers Arch.ges. Physiol. 92, 521 562. 7
Akciós potenciál (idegsejt) Akciós potenciál: a nyugalmi membránpotenciál időleges megváltozása ~ - 7mV-ról + 4 mv-ra, melyet a nyugalmi potenciál visszatérése követ. Ionok membránon keresztüli mozgásának eredménye. Stimulus a membrán potenciál megváltozása (küszöb-potenciál) akciós potenciál. Kialakulása a minden vagy semmi törvényét követi. Ingerküszöb (küszöb-potenciál) alatti ingerlés esetén nincs AP. Ingerküszöb (küszöb-potenciál) feletti inger mindig egyforma és teljes depolarizációt okoz. Az akciós potenciálnak különböző fázisai különíthetőek el. Akciós potenciál (idegsejt) ~+4 Emelkedő fázis Stimulus Csökkenő fázis 1 2 3 4 utópotenciál A depolarizáció kritikus szintje ami szükséges az AP létrejöttéhez. 8
Nyugalmi fázis Na V Aktivációs kapu zárva Inaktivációs kapu nyitva ~+4 Stimulus utópotenciál 1 2 3 Depolarizáció (emelkedő fázis) feletti inger hatására a feszültségfüggő Na + csatornák megnyílnak Na V aktivációs kapu nyitva inaktivációs kapu nyitva Na+ beáramlása a sejtbe a sejt belseje pozitívvá válik ~+4 Stimulus utópotenciál 1 2 3 9
Csúcs Na + beáramlás lelassul E mv_na+ = +45.1 mv (Nernst egyenlettel számolható egyensúlyi potenciál) Na + csatornák egy részének inaktiválódása K + csatornák nyitása megindul ~+4 Stimulus utópotenciál 1 2 3 Repolarizáció (csökkenő fázis) Feszültségfüggő K + csatornák teljesen megnyílnak Nagyfokú K + kiáramlás a sejtből Na V Aktivációs kapu nyitva ~+4 Stimulus utópotenciál 1 2 3 Inaktivációs kapu zárva refrakter periódus 1
Utópotenciál (hiperpolarizáció) A K + ionok beáramlása lassul E mv_k+ = -11.2 mv (Nernst egyenlettel számolható egyensúlyi potenciál) A K + csatornák teljes bezáródása A nagyszámú és lassan inaktiválódó K + csatorna hiperpolarizációt eredményez ~+4 Stimulus utópotenciál 1 2 3 Nyugalmi fázis ~+4 Stimulus utópotenciál 1 2 3 11
Felépülés az akciós potenciál után Az intracelluláris ionkoncentráció változás nagysága az AP során kicsi (.1% - 1% a vastag illetve vékony axonokban). Na + /K + ATPáz visszaállítja a nyugalmi potenciál eredeti értékét, de nem azonnal. Na + /K + ATPáz bénítását követően tintahal óriás axonjában még további 1, impulzus kiváltása után is csak 1%- al nő meg az intracelluláris Na + koncentráció. Refrakter periódus Abszolút refrakter periódus: új akciós potenciál kialakulása teljesen gátolt Relatív refrakter periódus: az ingerküszöbnél nagyobb depolarizáció elindíthatja az AP létrejöttét ~+4 utópotenciál Stimulus 1 2 3 4 12
Akciós potenciál a szívizomsejtben Membrán-potenciál K + és Cl - ionok áramlása plató-fázis Egyensúly a Ca 2+ felszabadulás és a kifelé történő K + áramlás között ~+35mV Gyors depolarizáció gyors Na + beáramlás K + kiáramlás ~-9mV ms 35 ms Nyugalmi membrán potenciál Nyugalmi membrán potenciál Vége!!! 13