Bevezetés
2/20
Állatélettan előadás Csütörtök: 16:00-18:30 Bólyai terem Déli Tömb 0-821 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:
[email protected] homepage: http:\\detari.web.elte.hu
1
3/20
Számonkérés • 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
4/20
Az élettan tárgyköre • 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
5/20
Az élettan alaptémái • 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 O2 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
8/20
A biológiai membránok • 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 106 lipid molekula/négyzetmikron
4
9/20
Lipid komponensek I. • foszfolipidek – általában az összlipidtartalom több, mint fele – foszfogliceridek • • • • •
foszfatidilkolin foszfatidilszerin foszfatidiletanolamin egyéb, pl. foszfatidilinozitol (PI, PIP, PIP2) 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
10/20
Lipid komponensek II. • 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
11/20
Fehérje komponensek • 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.)
12/20
A membrán mint barrier • 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
13/20
Diffúzió I. • 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 / (6π πrη η)
• 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(co - ci) / x tehát
J = - DmKA (co - ci) / x
• a megoszlási hányados és a membránon belüli diffúziós állandó adott anyagra konstans, a membrán vastagsága is - permeabilitási koefficiens
J = - PA (co - ci) • 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
16/20
Ozmózis II. • az ozmózisnyomás a részecskék számától függ:
π = i * m * RT • m - a koncentráció molalitásban megadva • i - az egy molekulából létrejövő részecskék száma – NaCl: 2, CaCl2: 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
18/20
Átjutás szállító molekulával I. • 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
19/20
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
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
