Bevezetés Állatélettan előadás Csütörtök: 16:00-18:30 Bólyai terem Déli Tömb 0-821 2/20 Dr. Détári László tanszékvezető egyetemi tanár Élettani és Neurobiológiai Tanszék 1117 Bp., Pázmány Péter sétány 1/C iroda: 6-419 Tel.: 381-2181 e-mail: detarineu@ludens.elte.hu homepage: http:\\detari.web.elte.hu 1
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Konformitás és reguláció Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 1-4. Folyékony mozaik membrán Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 4-2. 11
Foszfolipidek típusai Alberts et al.: Molecular biology of the cell, Garland Inc., N.Y., London 1989, Fig. 6-9. Inozitol foszfatidok Alberts et al.: Molecular biology of the cell, Garland Inc., N.Y., London 1989, Fig. 12-21. 12
Foszfogliceridek Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 4-3. Glikokalix Darnell et al., Scientific American Books, N.Y., 1986, Fig. 14-32 13
AB0 vércsoportok Darnell et al., Scientific American Books, N.Y., 1986, Fig. 3-79 Cerebrozidok Alberts et al.: Molecular biology of the cell, Garland Inc., N.Y., London 1989, Fig. 6-11. 14
Gangliozidok Alberts et al.: Molecular biology of the cell, Garland Inc., N.Y., London 1989, Fig. 6-13. Koleszterin szerkezete Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 4-4. 15
Koleszterin a membránban Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 4-7. Hidrofóbicitás 16
Átjutás a membránon Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 4-18. Ioncsatornák vizsgálata Alberts et al.: Molecular biology of the cell, Garland Inc., N.Y., London 1989, Fig. 6-60, 6-61. 17
Csatorna szelektivitás Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 4-30. Feszültség-függő csatornák Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 5-28. 18
Aktiváció - inaktiváció Alberts et al.: Molecular biology of the cell, Garland Inc., N.Y., London 1989, Fig. 6-58. Nikotinikus ACh receptor Alberts et al.: Molecular biology of the cell, Garland Inc., N.Y., London 1989, Fig. 6-64. 19
Facilitált diffúzió Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 4-24. Szállítás típusai Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 4-23. 20
Na + - K + pumpa Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 4-25. Na + - K + pumpa mechanizmusa Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 4-25. 21
Indirekt aktiv transzport Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 4-40. Exo-, és endocitózis mechanizmusa Alberts et al.: Molecular biology of the cell, Garland Inc., N.Y., London 1989, Fig. 6-68. 22
Receptor-mediálta endocitózis Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 4-31. Exocitózis a szinapszisban Alberts et al.: Molecular biology of the cell, Garland Inc., N.Y., London 1989, Fig. 6-65. 23