AZ IDEGSEJTEK KÖZTI SZINAPTIKUS KOMMUNIKÁCIÓ Hájos Norbert. Összefoglaló



Hasonló dokumentumok
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:

Gyógyszerészeti neurobiológia. Idegélettan

Az idegi működés strukturális és sejtes alapjai

Transzportfolyamatok a biológiai rendszerekben

Egy idegsejt működése

Debreceni Egyetem Orvos- és Egészségtudományi Centrum Biofizikai és Sejtbiológiai Intézet

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

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

Érzékszervi receptorok

Az ingerületi folyamat sejtélettani alapjai

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

Ujfalussy Balázs Idegsejtek biofizikája Harmadik rész

Membránpotenciál, akciós potenciál

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

Limbikus rendszer Tanulás, memória

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

1. Mi jellemző a connexin fehérjékre?

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

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

Membránpotenciál. Nyugalmi membránpotenciál. Akciós potenciál

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

22. Az idegrendszer működésének alapjai. Az idegszövet felépítése

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

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

A sejtmembrán szabályozó szerepe fiziológiás körülmények között és kóros állapotokban

Az endokannabinoid jelpálya molekuláris szerveződése és szerepe a szinapszisokban

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

Magasabb idegrendszeri folyamatok

AZ IDEGSZÖVET Halasy Katalin

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

A kémiai szinapszis (alapok)

Az idegsejtek biofizikája. 1. Az egyensúlyi potenciál

Idegsejtek közötti kommunikáció

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

Speciális működésű sejtek

Az idegsejt elektrokémiai és

Mikroelektródás képalkotó eljárások Somogyvári Zoltán

Membránszerkezet, Membránpotenciál, Akciós potenciál. Biofizika szeminárium

Viselkedésélettan: tanulás és memória. Zachar Gergely Semmelweis Egyetem, Anatómiai Intézet

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

Ca 2+ Transients in Astrocyte Fine Processes Occur Via Ca 2+ Influx in the Adult Mouse Hippocampus

A nyugalmi potenciál megváltozása

Az agykéreg és az agykérgi aktivitás mérése

A somatomotoros rendszer

Nusser Zoltan. Celluláris Idegélettani Laboratórium MTA Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézet Budapest

Tanulás az idegrendszerben. Structure Dynamics Implementation Algorithm Computation - Function

MEDICINÁLIS ALAPISMERETEK BIOKÉMIA A BIOLÓGIAI MEMBRÁNOK 1. kulcsszó cím: MEMBRÁNOK

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

Elektrofiziológiai alapjelenségek 1. Dr. Tóth András

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

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

Nemszinaptikus receptorok és szubmikronos Ca2+ válaszok: A két-foton lézermikroszkópia felhasználása a farmakológiai vizsgálatokra.

A sejtek membránpotenciálja (MP)

Kémiai kötések. Kémiai kötések kj / mol 0,8 40 kj / mol

szabályozásában Gulyás Attila

A sejtek közötti közvetett (indirekt) kapcsolatok

Sejt - kölcsönhatások az idegrendszerben

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

Kommunikáció. Sejtek közötti kommunikáció

Membránszerkezet Nyugalmi membránpotenciál

NÖVÉNYGENETIKA. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

Transzportfolyamatok a biológiai rendszerekben

SZAGLÁS 2

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

MEDICINÁLIS ALAPISMERETEK BIOKÉMIA AZ IZOMMŰKÖDÉS 1. kulcsszó cím: A SZERVEZETBEN ELŐFORDULÓ IZOM- SZÖVETEK TÍPUSAI 1. képernyő cím: Sima izomszövet

Membránok, nanopórusok, ioncsatornák és elektrokémiai kettősrétegek tulajdonságainak vizsgálata számítógépes szimulációkkal

Látás Nyelv - Emlékezet. ETE47A001/2016_17_1/

Sejt - kölcsönhatások. az idegrendszerben és az immunrendszerben

Sejtek közötti kommunikáció

Bevezetés a központi idegrendszer élettanába. Témák

MEMBRÁNSZERKEZET, MEMBRÁNPOTENCIÁL, AKCIÓS POTENCIÁL. Biofizika szeminárium

A transzportfolyamatok és a sejtek közötti kommunikáció

Szívelektrofiziológiai alapjelenségek. Dr. Tóth András 2018

SZABÁLYOZÁS visszajelzések

Sáry Gyula SZTE ÁOK Élettani Intézet

A membránpotenciál. A membránpotenciál mérése

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

Pszichiátriai zavarok neurobiológiai alapjai

A B C D 1. ábra. Béka ideg-izom preparátum készítése

ANATÓMIA FITNESS AKADÉMIA

Szignáltranszdukció Mediátorok (elsődleges hírvivők) az információ kémiailag kódolt

Receptorok, szignáltranszdukció jelátviteli mechanizmusok

Transzportfolyamatok a biológiai rendszerekben

Szinaptikus folyamatok

Potenciálok. Elektrokémiai egyensúly

Az idegsejtek diverzitása

Sejtek membránpotenciálja

A diffúzió leírása az anyagmennyiség időbeli változásával A diffúzió leírása a koncentráció térbeli változásával

1. Előadás Membránok felépítése, mebrán raftok

Tanulás az idegrendszerben. Structure Dynamics Implementation Algorithm Computation - Function

1. SEJT-, ÉS SZÖVETTAN. I. A sejt

A transzportfolyamatok és a sejtek közötti kommunikáció

AZ IDEGRENDSZER PLASZTICITÁSA TANULÁS. EMLÉKEZÉS (memória)

RECEPTOROK JELÁTVITEL Sperlágh Beáta

TRANSZPORTFOLYAMATOK A SEJTEKBEN

A tanulási és emlékezési zavarok pathofiziológiája. Szeged,

sejt működés jovo.notebook March 13, 2018

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

Látás. Látás. A környezet érzékelése a látható fény segítségével. A szem a fényérzékelés speciális, páros szerve (érzékszerv).

Átírás:

AZ IDEGSEJTEK KÖZTI SZINAPTIKUS KOMMUNIKÁCIÓ Hájos Norbert Összefoglaló Az idegsejtek közt az ingerületátvitel döntően kémiai természetű, míg az idegsejten belül az elektromos jelterjedés a jellemző. A feszültségváltozásokat a sejtmembránban található csatornafehérjéken keresztül mozgó ionok áramlása hozza létre az elektrokémiai gradiensüknek megfelelően. Két fő típusa van az idegsejtekben megfigyelhető feszültségváltozásoknak: az akciós potenciál, ill. a szinaptikus ingerületátvitel során keletkező posztszinaptikus potenciálok. Az akciós potenciál indítja az axonvégződésekben található neurotranszmitter molekulákat tartalmazó hólyagocskák kiürülését a szinaptikus résbe. A felszabadult neurotranszmitter molekulák hozzákötődnek a másik idegsejt specializált membránrészében található jelfelfogó csatornafehérjékhez, amelyeken keresztüli ionáramlás hozza létre a posztszinaptikus potenciálokat. Az idegsejtek közti ingerületátvitel fontos tulajdonsága, hogy időben változó, azaz plasztikus. A sejtszintű tanulási folyamatok során a szinaptikus ingerületátvitel erőssége fokozódhat vagy gyengülhet, amely idegélettani folyamatok mögött a csatornafehérjék számának a változása húzódik meg. Az akciós potenciál Az idegsejtek közti kommunikáció egyik alapjelensége egy nagy amplitúdójú (80-100 mv) feszültségváltozás, az akciós potenciál. Az akciós potenciál felszálló részét a feszültségfüggő 1 Na + csatornákon keresztül beáramló Na + ionok mozgása adja (depolarizáció). Az akciós potenciálok leszálló részét az időben (0.5-1 msec) késleltetve kinyíló feszültségfüggő K + csatornákon keresztül kiáramló K + ionok szabályozzák (repolarizáció). Mivel mind a feszültségfüggő Na + csatornák, mind a feszültségfüggő K + csatornák legnagyobb sűrűségben az idegsejtek axon eredési dombján, az axon iniciális szegmentumon találhatóak, ezért ezen a helyen keletkeznek az akciós potenciálok. Ha az idegsejt membránpotenciálja eléri a feszültségfüggő Na + csatornák nyitási küszöbértékét (-40 - -45 mv), az ioncsatornák kinyílnak, és az idegsejtbe betóduló Na + ionok következtében generálódik az akciós potenciál.

A szinaptikus ingerületátvitel Az akciós potenciál leterjed az axonfán elérve minden egyes axonvégződést. Az akciós potenciál okozta feszültségváltozás kinyitja az axonvégződéseken található feszültségfüggő Ca 2+ csatornákat. Az axonvégződésbe beáramló Ca 2+ indítja azokat a molekuláris folyamatokat, amelyek a vezikulumokba (hólyagocskákba) csomagolt neurotranszmitter molekulák felszabadulását eredményezi. A szinaptikus hólyagocskák a plazma membránnal való fúziója után a hírvivő (neurotranszmitter) molekulák bediffundálnak a szinaptikus térbe, ahol hozzákötődnek egy másik idegsejt membránjában található jelfelfogó fehérjékhez, az. ún. neurotranszmitter receptorokhoz. A kötődést követően a neurotranszmitter receptorok térbeli szerkezete megváltozik, és ionokra áteresztő lesz. Az így kialakuló ionáram hozza létre a posztszinaptikus idegsejtben a feszültségváltozást. Ez a kémiai jelátvitel két idegsejt közt a szinaptikus ingerületátvitel vagy szinaptikus neurotranszmisszió. A szinaptikus ingerületátvitel típusai A szinaptikus jelátvitelnek két típusa létezik. Ha a jelátvitel segíti az akciós potenciálok képződését, akkor serkentő neurotranszmisszióról beszélünk. Ezzel szemben áll a gátló neurotranszmisszió, amikor az akciós potenciál generálásának az esélyét csökkentjük. A szinaptikus serkentés esetében az idegsejt nyugalmi membránpotenciálja, ami kb. -65 és -75 mv közt van, a pozitívabb irányba tolódik el az akciós potenciál keletkezésének küszöbe felé (-40 - -45 mv). Ezzel szemben a szinpatikus gátlás a membránpotenciál értékeket a küszöbtől negatívabban tartja, mintegy megvétózza az akciós potenciálok generálását. A serkentő szinaptikus ingerületátvitelnél serkentő posztszinaptikus potenciálokat mérhetünk, amelyek nagysága néhány tized mv-tól akár pár mv amplitúdóig is terjedhet. Ekkor a posztszinaptikus membránokban található neurotranszitter receptorokon keresztül Na + és Ca 2+ ionok áramolnak be az idegsejtbe. Ez az ionáramlás okozza a membránpotenciál pozitív irányba történő eltolódását. A gátló szinaptikus ingerületátvitel során az idegsejt membránja vagy Cl -, vagy K + ionokra lesz áteresztő a posztszinaptikus membránban található receptorcsatornákon keresztül. Ekkor a membránpotenciál negatívabb irányba fog eltolódni. Egy idegsejteket több ezer (sokszor pár tízezer) szinaptikus bemenetet kap. A serkentő és gátló szinaptikus jelek igen bonyolult kölcsönhatások eredményeképp, összegződnek, és alakítják ki az idegsejt kimenetét: az akciós potenciált vagy egy akciós potenciál sorozatot. Az idegsejtek az akciós

potenciálok keletkezésének az időzítésével, sorozataik hosszával alakíthatják ki, ill. előhívhatják a memórianyomokat, amely fontosak az egyed túlélése szempontjából. A visszaterjedő akciós potenciál Az axon kezdeti szakaszán keletkezett akciós potenciálok nemcsak az axonon terjednek, hanem visszaterjednek az idegsejt dendritfájára is. Hasonlóan az axonvégződésekben feltárt folyamatokhoz, a dendritfára visszaterjedő akciós potenciál szintén az idegsejt membránjában elhelyezkedő feszültségfüggő Ca 2+ csatornákat nyit ki. A dendritfába beáramló Ca 2+ ionoknak legalább két sejtélettani hatásuk lehet. Egyrészt az így megnövekedett Ca 2+ mennyisége elősegíti a sejt dendritfájára más idegsejtektől érkező szinaptikus kapcsolatok megerősödését vagy gyengülését az időzítéstől függően, azaz az idegi kapcsolatok plaszticitását szabályozza (lásd később). Másrészt a beáramló Ca 2+ hatására a dendritből is felszabadulhatnak kémiai jelátvivő anyagok (pl. endokannabinoidok, endogén opioidok, nitrogén monoxid). A dendritből ürülő anyagok a szinaptikus ingerületátvitel irányával szemben, retrográd módon szabályozzák a sejtre érkező szinapszisokból történő neurotranszmitterek felszabadulását. Kevesebb akciós potenciálra (kisebb Ca 2+ jelre) kevesebb retrográd módon felszabaduló jelátvivő anyag keletkezik, míg több akciós potenciálra (nagyobb Ca 2+ jelre) több ürül a sejtek közötti térbe. Így az idegsejt az akciós potenciáljai számának a függvényében, azaz aktivitás függő módon, képes módosítani a ráérkező szinapszisok hatékonyságát. Tehát a dendritfában az akciós potenciál visszaterjedésének következtében megnövekedő Ca 2+ mennyisége mind a posztszinaptikusan keletkező feszültségjelek nagyságát, mind a preszinaptikus axonvégződésből felszabaduló neurotranszmitter molekulák mennyiségét képes szabályozni. Az idegsejtek közti ingerületátvitel időbeni változása Az idegsejtek közti kapcsolatok nem állandóak. Nemcsak az egyedfejlődés alatt, hanem a felnőtt idegrendszerben is változhat a kapcsolatok erőssége. A változás lehet rövid-, közép- és hosszútávú. A rövidtávú változás vagy szakszóval rövidtávú plaszticitás időtartama pár msecundumtól egy secundumig terjedhet. Ezt a folyamatot az axonvégződésbe belépő Ca 2+ ionok dinamikája szabályozza. A rövidtávú szinaptikus plaszticitás elsősorban a gyors információterjedés útját egyengeti a neuronhálózat különböző idegsejttípusai közt.

A középtávú szinaptikus plaszticitás egy másodperctől több tíz másodpercig szabályozhatja a jelátvitel hatékonyságát két idegsejt közt. Erre a folyamatra talán a legjobb példa, amikor a posztszinaptikus idegsejtből aktivitásfüggő módon zsírsavszármazékok, az ún. endokannabinoidok szabadulnak fel. Ezek a molekulák bekerülnek a sejtközötti térbe, és hozzá kötődnek a jelfelfogó molekuláikhoz, a receptoraikhoz, amelyek az axonvégződéseken találhatóak. Ha az endokannabinoidok aktiválják a receptoraikat, akkor azok az axonvégződéseken található feszültségfüggő Ca 2+ csatornák gátlásával több tíz másodpercig csökkentik, vagy akár teljesen meg is tudják akadályozni a neurotranszmitterek ürülését, azaz a szinaptikus neurotranszmissziót. Ezen a retrográd útvonalon keresztül a posztszinaptikus idegsejtek eredményesen tudják csökkenteni a rájuk érkező szinaptikus bemenetek hatását. A hosszútávú szinaptikus plaszticitás több órán, napokon, és akár éveken keresztül tart. A szinaptikus jelátvitel hatékonysága hosszútávon megerősödhet (hosszú idejű potenciáció vagy long-term potentiation, LTP) vagy gyengülhet (hosszú idejű depresszió vagy long-term depression, LTD). Molekulák szintjén ezeket a változásokat számos folyamat eredményezheti, de a legelfogadottabb elmélet szerint végső soron a posztszinaptikus oldalon a neurotraszmitter receptorok számának a növekedése (potenciáció) vagy csökkenése (depresszió) áll. A szinapszisok hosszú idejű plaszticitása asszociatív jellegű. Ez azt jelenti, hogy ha két idegsejt időben együttesen aktív, akkor a kapcsolatok köztük megerősödnek. Ezzel szemben, ha két idegsejt gyakran különböző időben aktív, akkor a szinaptikus kapcsolatok meggyengülnek köztük. Mivel ezek az idegélettani folyamatok erős párhuzamot mutatnak a tanulás során tapasztaltakkal, ezért a szinapszisok ilyen típusú változásait tekintik a tanulás sejtszintű megfelelőjének. Egy példa a tanulásra A tanulás talán leginkább feltárt folyamata a Pavlovi kondicionális tanulás. A kondicionálás alatt az élőlény összekapcsol egy feltétlen ingert (pl. fájdalmat) egy feltételes ingerrel (pl. hangjellel). A társítás után önmagában a feltételes hanginger is félelmi reakciót tud kiváltani, olyat, amilyet a fájdalom előzőleg önmagában is kiváltott. Tehát az élőlény megjegyezte, hogy az adott hanghoz fájdalom is társul. Az amygdala (vagy mandulamag) nevű agyterületben, amely felelős e tanulási folyamatokért, megfigyelték, hogy a társítás után a hangjelre adott szinaptikus válasz tartósan, napokig erősebb lett a tanulás előtti válaszhoz képest. A szinapszisok működésének megerősödése a posztszinaptikus receptorok számának a növekedésével járt együtt. Ha a hangjel napokon keresztül ismételve nem kapcsolódik a

fájdalom kiváltásához, akkor az élőlény elfelejti a korábban tanultakat. Ebben a tanulási paradigmában a felejtés során azonban nem az előzőleg megerősödött szinaptikus válaszok csökkenése történik az amygdala ideghálózatban, hanem egy új tanulási folyamat. Ekkor egy más, a hang és fájdalom társításában résztvevő idegsejtektől eltérő, velük akár részben átfedő idegsejtekből álló hálózatban erősödik meg szinpaszisok jelátviteli hatékonysága. Ez az újabb, a felejtés során összeállt idegsejthálózat működései gátolja az eredeti fájdalom-hang asszociációt kialakító idegsejthálózat aktivitását. Tehát az ilyen típusú felejtés aktív folyamat. A felejtés egy másik formája akkor következhet be, ha pl. a tanult, sokszor gyakorolt cselekvéssorozatokat, vagy memoritereket tartósan nem használjuk, gyakoroljuk. Ilyen esetekben a tanulás során megerősödött szinaptikus kapcsolatok erősége fokozatosan gyengül. Ezt az idegélettani folyamatot hívjuk de-potenciációnak.

SZÓSZEDET Csatornafehérje: olyan fehérjemolekula, amely a neurotranszmitter molekula megkötése után megváltoztatja a térbeli szerkezetét, és az így kialakult póruson keresztül az ionok át tudnak haladni a membrán egyik oldaláról a másik oldalára endogén opioidok: olyan kis pepidmolekulák, amelyet az idegsejtek termelnek pl. fájdalom hatására elektrokémiai gadiens: a sejtmembrán két oldal köztaz ionok által létrehozott elektromos töltésbeli és koncentrációbeli különbség, ami adott ionok mozgását meghatározza. endokannabinoidok: olyan zsírsavszármazékok, amelyek az idegsejtek termelnek és képesek az agy kannabinoid receptorait aktiválni feszültségfüggő csatorna: olyan fehérjemolekula a sejt membránjában, amely csatorna nyitását és zárását a membrán két oldal közti feszültségkülönbség szabályozza. Amíg a csatornafehérje nyugalmi membránpotenciálon (- 65 - - 70 mv-on) zárva van, nem engedi át az ionokat, a csatornára jellemző magasabb membránpotenciálon (pl. 50 mv-on) kinyílik, és átereszt az ionokat. neurotranszmitter: olyan molekula, amely két idegsejt közt a jelátadást közvetíti preszinaptikus rész: a szinapszist formáló axonvégződés posztszinaptikus rész: a jelfelfogó idegsejt szinapszist formáló specializált membránrésze, ahol a receptor molekulák találhatóak receptor: olyan fehérje, amely a neurotranszmitter molekulákat megköti, és ennek a hatásásra aktiválódik (pl. ionáteresztő lesz) szinapszis: a kémiai ingerületátvitel specializált helye két idegsejt közt szinaptikus hólyagocskák: olyan membránnal határolt kis képletek, amelyekben a neurotraszmitter molekulák tárolódnak