A transzportfolyamatok és a sejtek közötti kommunikáció
A sejtmembrán I.véd II.szelektál (átmenő anyagtranszport szigorúan szabályozott) III.elválaszt (barrier) extracelluláris (sejten kívüli) intracelluláris (sejten belüli) 1926 szénhidrát 1943 zsírsav 1972 poláros csoportok poláros csoportok fehérje kompartmentalizáció: sejtfelszín és sejtorganellumok borítása 2001 konkrét bizonyíték: 1930-as évektől, elektronmikroszkópia (kettős lipid membrán) elképzelések a sejtmembrán szerkezetéről
1972, Singer és Nicholson: folyékony mozaik membrán 6-8 nm (nanométer; 10-9 m) vastagság zsírok (lipid kettősréteg) + beágyazott fehérjék lipidtutajok - magasabb szintű szervezettség glikoprotein glikolipid A sejtmembrán extracelluláris cukor oldallánc foszfolipidek: poláros fej (hidrofil) zsírsavláncok (hidrofób) poláros fej (hidrofil) koleszterin fehérjék intracelluláris
Membrán lipidek Foszfolipidek legtöbb belőlük van poláros (hidrofil) fej és 2 apoláros (hidrofób) farok (zsírsavláncokból) Glikolipidek zsírsav+cukor csak külső membránfelszínen pl. ABO vércsoport antigének (H; A; B) Szteránvázas vegyületek membrán folyékonyság (fluiditás) szabályozása pl. koleszterin
Feszültség függő ioncsatornák Fehérjék a sejthártyában: integráns membránfehérjék csak erőteljes kezeléssel lehet őket kiszedni a membránból sokszor átérik a membránt hidrofób aminosav oldalláncok, kölcsönhatás membránlipidek hidrofób zsírsav-oldalláncaival ált. glikoproteinek Transzmitter vezérelt ioncsatorna receptorok Réskapcsolatok fehérjéi G-fehérje kapcsolt receptorok Transzporter fehérjék Adhéziós molekulák (rögzítés, horgonyzás)
Fehérjék a sejthártyában: perifériás membránfehérjék a lipid kettős réteghez lazán csatlakoznak csak a membrán egyik oldalán ágyazódnak be funkció szerint lehetnek: enzimek (pl. foszfolipáz C) jelátvivő (szignál) molekulák (pl. G fehérjék) Egyéb molekulák a sejthártyában és a felszínen (markerek, sejtköpeny, antigének, stb.)
Sejtkapcsoló struktúrák hámsejtek, egyes izomsejtek és idegsejtek szorosan illeszkednek egymáshoz többsejtes funkcionális egységek (pl. egy egységes simaizom, szívizomzat) sejtek közti anyagáramlás kontrollja, beltartalom kijutásának kivédése (pl. gyomorban) ( szoros kapcsolódás; hámokra jellemző) szoros illeszkedés (tight junction) pl. transzport epilthel I.) zonula occludens o permeabilitási barrier o gyűrűszerűen veszi körbe a sejteket, szomszédokat összekapcsolja II.) zonula adherens gyenge ragasztó a sejtek között cadherin fehérjék réskapcsolatok (gap junction) elektromos szinapszis ionok, apró molekulák diffúziója pl. szívizomban, simaizomban dezmoszóma foltszerű cadherin fehérjékből, intermedier filamentumokhoz csatlakoznak (keratin) hemidezmoszóma alaphártyához rögzíti a sejteket alaphártyában laminin fehérje, sejt felszínén integrin fehérje
Anyagforgalom a sejt és a külvilág között vezikulákkal I. Anyagfelvétel: endocitózis 1) pinocitózis ( sejtek ivása ): apró vezikulába csomagolt folyadékok felvétele a sejtközötti térből 2) fagocitózis ( sejtek evése ): nagy méretű részecskék felvétele (bacik, sejtek, szövettörmelék)
Anyagforgalom a sejt és a külvilág között vezikulákkal II. -anyagleadás Exocitózis konstitutív sejtközötti állomány és membránalkotók utánpótlása folyamatos, nem igényel külön indítójelet szabályozott valamilyen jelre indul el. Pl.: megfelelő kalcium szint szükséges a vezikulák környezetében az ürüléshez idegsejtek esetében ezt az akciós potenciál biztosítja
Anyagtranszport a sejtmembránon keresztül az átjutás mértékét megszabja az - anyag mérete - anyag töltése, polaritása - olaj/víz megoszlási hányados a transzporttípusok főbb csoportosítása: ált. szelektív és szabályozott - szállítás mechanizmusa szerint: szállító molekula nélkül diffúzió ioncsatorna szállító molekula segítségével facilitált diffúzió / transzporter pumpa fehérjék - energiaigény szerint: passzív transzport aktív transzport
Anyagtranszport a sejtmembránon keresztül diffúzió (passzív transzport) az oldatban (a sejtmembránon keresztül) az oldott anyag a koncentrációgradiensnek megfelelően mozog sebessége függ - a két oldal közötti koncentrációkülönbségtől - a hőmérséklettől - a diffundáló anyag méretétől - a diffúziós felület méretétől (ld. tüdő) - a diffúziós távolságtól ált. apoláros, hidrofób anyagok transzportja - gázok (O 2, CO 2 ) - zsírok, szteroidok kis méretű, de töltéssel rendelkező molekulák is mozoghatnak így (pl. víz, alkohol)
Anyagtranszport a sejtmembránon keresztül ozmózis: víz diffúziója a féligáteresztő hártyán át; a víz a hígabb oldat felől a töményebb felé áramlik koncentráció gradiensének megfelelően az ozmózis eredményeként a töményebb oldat felhígul és térfogata megnő sejtmembrán: szelektív permeabilitás vízre (és néhány egyéb anyagra pl. alkohol) szabadon átjárható ionok, fehérjék stb. azonban csak szabályozott módon juthatnak át (ioncsatornák, transzporterek stb.) ozmotikus nyomás: az a nyomás, amit ki kell fejteni a féligáteresztő hártyára ahhoz, hogy az ozmózis leálljon ozmolaritás: azon részecskék moláris koncentrációja az oldatban, amelyek az ozmotikus nyomást létrehozzák. A részecskék természete (ion, molekula stb.) és mérete érdektelen ozmotikus nyomás szemléltetése
Anyagtranszport a sejtmembránon keresztül ozmózis (folyt.) - ált. az extra- és intracelluláris oldat azonos ozmotikus nyomású: izotóniás oldat pl. vörösvértest fiziológiás sóoldatban (0,9 % NaCl) - ha az extracelluláris oldat alacsonyabb ozmotikus nyomású, mint az intracelluláris: hipotóniás oldat mivel az oldott anyag nem tud a sejtből távozni, víz ki passzív vízbeáramlás indul meg: duzzadás pl. vörösvértest olyan sóoldatban, amely koncentrációja < 0,9 % NaCl pl. sportitalok: rehidratáció - ha az extracelluláris oldat magasabb ozmotikus nyomású, mint az intracelluláris: hipertóniás oldat mivel az oldott anyag nem tud a sejtbe bejutni, passzív vízkiáramlás indul meg: zsugorodás víz be víz ki víz be víz be víz ki pl. vörösvértest olyan sóoldatban, amely koncentrációja > 0,9 % NaCl pl. agyödéma ellen
Anyagtranszport a sejtmembránon keresztül ioncsatornákon keresztül ionok diffúziója (passzív transzport) transzmembrán fehérjék: pórus (csatorna) nyugalomban általában zárt alapállapotú nyitott állapotban anyagáramlás az adott ion elektrokémiai (kémiai, elektromos) gradiensének irányába (ld. membránpotenciál) az ionok töltése és mérete alapján szelektív átjutás nyitás/zárás szabályozása: feszültségfüggő (a membrán 2 oldala közötti feszültségkülönbség szabályozza; ld. akciós potenciál kialakulása) ligandfüggő (a receptorhoz bekötődő ligandum szabályozza; ld. szinapszis) mechanoszenzitív (mechanikai hatás: nyújtás, nyomás)
Anyagtranszport a sejtmembránon keresztül facilitált diffúzió (passzív transzport) az anyag csak a szállító (transzporter) fehérje konformációváltozásával tud átjutni; nincs nyitott pórus-szerkezet reverzibilis konformáció változás, ATP felhasználás nélkül átjutás az anyag koncentráció-gradiensének megfelelően szállítás szerinti osztályozás: uniporter - uniporter (pl. glükóz transzporter) szimporter - szimporter vagy kotranszporter (pl. Na + -Cl - kotranszporter) antiporter - antiporter vagy kicserélő transzporter (pl. Na + -Ca 2+ antiporter)
Anyagtranszport a sejtmembránon keresztül pumpa fehérjék (aktív transzport) szállítás az anyag koncentrációgradiensével szemben - közvetlen vagy közvetett energiafelhasználás sok Na + - elsődleges aktív transzport: az ATP hidrolízisét a szállító fehérje maga végzi; ionpumpa (pl. Na-K ionpumpa vagy Na + -K + ATPáz) Na-K pumpa 3 Na + leadás bélüreg sok K + 2 K + felvétel apikális membrán - másodlagos aktív transzport: közvetett energiaigény; a transzportot egy másik pumpa által létrehozott iongradiens tartja fent (pl. Na + - glükóz kotranszporter cukrok felszívódása a vékonybélben) bazolaterális membrán szövet közötti tér
A transzportfolyamatokban részt vevő membránfehérjék osztályozása ATP pumpa transzporter csatorna specificitás sebesség (ion/s) koncentráció energiaigény teljes közepes kicsi lassú (100) közepes (<1000) gyors (10 6 ) ellen szerint* szerint van nincs nincs ion/konformációs változás ~1 ~1 (esetleg más ionokat is mozgat) sok
A transzportfolyamatok típusai passzív diffúzió elektrokémiai gradiens szerint (csatorna) szállító molekulán (transzporteren) át passzív transzport facilitált diffúzió elsődleges aktív transzport az elektrokémiai gradienssel szemben (pumpa) másodlagos aktív transzport az elektrokémiai gradienssel szemben - a másik ion elektrokémia hajtóereje hajtja (transzporter) aktív transzport
A sejtek közötti kémiai kommunikáció
A sejtek közötti anyag- és információforgalom soksejtűekben összehangolt információcsere I. A sejtek közötti direkt (közvetlen) kommunikáció közvetlen kapcsolat: rés-kapcsolat vagy gap junction ingerlékeny sejteknél elektromos szinapszis (ld. szívizom) kis molekulák közvetlen anyagforgalma: < 2 nm (10-9 m) pórusátmérő ionok, alegységek: connexin citoplazmás oldal aminosavak, cukrok, nukleotidok fehérjék, nukleinsavak extracelluláris tér rés-kapcsolatok transzmembrán fehérje lipid kettős réteg
II. A sejtek közötti indirekt (közvetett) kommunikáció a kémiai anyag közvetítése a jeladó - jel - csatorna - jelfogó rendszerben 1. jeladó specializált ideg- és mirigysejtek, de más sejttípusoknál is gyakori a szekréció típusa lehet - autokrin autokrin hatás - parakrin - endokrin / neuroendokrin - neurokrin szövet közötti tér neurokrin hatás szöveti hormon parakrin hatás neurotranszmitter szinaptikus rés hormon endokrin hatás neuroendokrin hatás hormon molekulák véráram célsejt posztszinaptikus sejt
II. A sejtek közötti indirekt (közvetett) kommunikáció 2. jel (ligandum) - apoláros, plazmamembránon szabadon átjutó anyagok szteránvázas vegyületek, retinoidok - elsődleges hírvivők, membránreceptorhoz kötődő biogén aminok: katekolaminok (noradrenalin, adrenalin, dopamin); észterek (acetil kolin - ACh) aminosavak (glutaminsav, tiroxin, GABA, glicin) kis peptidek, fehérjék nukleotidok és származékaik (ATP, adenozin) - gáznemű, szabadon diffundáló molekulák (pl. CO, NO) - sejtfelszíni molekulák (adhéziós fehérjék, glikolipidek, glikoproteinek)
II. A sejtek közötti indirekt (közvetett) kommunikáció 3. csatorna - szövet közötti tér (szöveti hormon) - véráram (hormon) - szinaptikus rés (neurotranszmitter) autokrin hatás szövet közötti tér szöveti hormon parakrin hatás neurokrin hatás neurotranszmitter szinaptikus rés hormon neuroendokrin hatás endokrin hatás hormon molekulák véráram célsejt posztszinaptikus sejt 4. jelfogó (receptor) - intracelluláris receptor lipid oldékony vegyületek (pl. szteroidok) citoplazmatikus kötő fehérjék "reszponzív elemeken" keresztül közvetlen DNS-kötés és génexpresszió-reguláló hatás ált. lassú hatás (órák; ld. transzkripció / transzláció) DNS szteroid hormon receptor citoplazmás kötő fehérje citoplazma sejtmag RNS
II. A sejtek közötti indirekt (közvetett) kommunikáció 4. jelfogó (receptor; folyt. ) - membrán receptor közvetlen anyagtranszport nélküli információtovábbítás: másodlagos hírvivő (messenger) molekulák Na ionotróp receptor: jelmolekula bekötése + X ioncsatornát nyit/zár ún. ligand-vezérelt ioncsatorna (pl. AchR) gyors neurotranszmisszió; ideg- és izomsejteken metabotrop receptor: jelmolekula bekötése citoplazmatikus folyamatokat indít be/állít le lassabb, metabolikus folyamatok másodlagos hírvivő lehet: - camp, cgmp (ciklikus AMP/GMP) - DAG (diacil-glicerol), IP3 (inozitol-trifoszfát) - Ca 2+ ligandum ligandum (pl. ACh) Na + ligand-kötés hatására konformációváltozás protein kináz A foszforilációs lépések sejtműködés megváltozása