Kommunikáció
Sejtek közötti kommunikáció • soksejtűekben elengedhetetlen összehangolni a sejtek működését • direkt és indirekt kommunikáció • direkt kommunikáció: rés-illeszkedés (gap junction) • 6 connexin = 1 connexon; 2 connexon = 1 pórus • pórusátmérő 1,5 nm, kis szerves molekulák (1500 Ms) (IP3, cAMP, peptidek) is átjutnak • ingerlékeny sejteknél elektromos szinapszis a neve (gerinctelenek, szívizom, simaizom, stb.) • gyors és biztos átvitel - menekülő reakcióknál gyakori: Aplysia tintalövelő sejtek, Mauthner sejt inputja, rák potroh csapás, stb. • az összekapcsolt sejtek ingerküszöbe magas
1
Indirekt kommunikáció • kémiai anyag - jel - közvetítésével történik • jeladó - jel - csatorna - jelfogó • vannak specializált jeladók (ideg-, mirigysejt), de más sejteknél is gyakori a jelkibocsátás (pl. fehérvérsejt) • a jel kémiai természete sokféle lehet: – biogén aminok: katekolaminok (NA, Adr, DA), indolaminok (5-HT), imidazol (hisztamin), észterek (ACh), stb. – aminosavak: glu, asp, tiroxin, GABA, glicin, stb. – kis peptidek, fehérjék – nukleotidok és származékaik: ATP, adenozin, stb. – szteránvázas vegyületek: nemi hormonok, mellékvesekéreg hormonok, stb.
Csatorna szerinti osztályozás • a csatorna szerinti a legalapvetőbb osztályozás • neurokrin – – – –
a jeladó idegsejt a csatorna a szinaptikus rés - 20-40 nm csak a posztszinaptikus sejthez jut el (fülbesúgás) a jel mediátor, vagy neurotranszmitter
• parakrin (autokrin) – – – –
a jeladó sokféle sejt lehet a csatorna a szövetközti tér közelben lévő sejtekhez jut el (beszéd társaságban) a jelet nevezik szöveti hormonnak is
• endokrin – a jeladó mirigysejt, vagy idegsejt (neuroendokrin) – a csatorna a véráram – a szervezet minden sejtjéhez eljut (rádió, TV) – a jelet hormonnak nevezik
2
A jelfogók típusai • hidrofil jelek esetén a jelfogó a membránban • hidrofóboknál a plazmában • előbbi meglévő fehérjék működésére hat, utóbbi új fehérjék szintézisét befolyásolja • a membránreceptor internalizálódhat és lehet plazmareceptora is • membránreceptorok: – ioncsatorna receptor (ligandfüggő csatornák) ideg-, és izomsejteken - gyors neurotranszmisszió ionotróp receptoroknak is nevezik – G-fehérjéhez kapcsolódó receptor legelterjedtebb idegsejteken metabotróp receptornak nevezik lassabb hatás - effektor fehérje, másodlagos hírvivő – katalitikus, pl. tirozin kináz - növekedési faktorok használják - foszforilációt okoz tirozin aminosavon
Neurokrin kommunikáció I. • Otto Loewi 1921 - Vagus-Stoff • békaszív + vagus ideg preparátum - ingerlés a szivet lassítja, az oldat egy másik szívhez adva szintén lassít • kémiai neurotranszmisszió első demonstrációja • később: ideg-izom áttevődés - hiedelem: ACh az általános serkentő transzmitter, ionotróp, Na+-K+ vegyes csatornán át (< 1 ms) • később: gátló transzmitterek Cl- csatornán át • még később: lassú transzmisszió (több 100 ms), G-fehérje mechanizmussal • neuromodulátor ha parakrin módon is hat • egy idegvégződés egy transzmittert szabadít fel, és az egy adott hatással rendelkezik Dale-elv • ma: kismolekula + peptid együtt lehetséges
3
Neurokrin kommunikáció II. • gyors szinapszis - például az izom véglemez
,
• kurare - dél-amerikai nyílméreg hatóanyaga mint kutatási eszköz • ált. agonisták és antagonisták igen fontosak • megfordulási v. reverzál potenciál - milyen ion • EPSP = excitatory synaptic potential • IPSP = inhibitory synaptic potential • hatás a gradienstől függ - pl. Cl• Cl- csatorna nyitása akkor is lehet gátló, ha nem okoz hiperpolarizációt - membrán söntölés • preszinaptikus vs. posztszinaptikus gátlás • a transzmitter felszabadulása kvantált: Katz (1952) - miniatür véglemez potenciálok - Ca++ hiány esetén, ingerlésre is ennek n-szerese • kb. 10.000 ACh molekula - 1 vezikulum • hatás eliminációja
Az idegsejt integratív funkciója • a jeltovábbítás során gradált és mindenvagy-semmi elektromos jelek és kémiai jelek váltogatják egymást a KIR-ben • az idegsejt integrálja a hatásokat • térbeli szummáció, lásd térállandó • előjel, távolság az eredési dombtól fontos szempont • időbeli szummáció, lásd időállandó • az eredő potenciál nagysága frekvenciakóddal továbbítva - időbeli szummációt okozhat • kolokalizált transzmitterek leadása bonyolult kölcsönhatás lehet
4
Plasztikusság a szinapszisban • a tanulás, a memória alapja a neuronális plasztikusság • plasztikusság kell a speciális mozgások (pl. borotválkozás, tenisz, stb.) tanulásához • szokások kialakulása is plasztikusságon alapul • egyedfejlődés során is szükség van rá, egyes kapcsolatok megszűnnek • alapja mindig a posztszinaptikus sejtből jövő visszajelzés • kifejlett élőlényben: szinaptikus hatékonyság változása
D.O. Hebb posztulátuma (1949)
• minden izgalmi szinapszis hatékonysága nő, ha a szinapszis aktivitása konzisztens, és pozitív módon korrelál a posztszinaptikus sejt aktivitásával
5
A hatékonyságnövekedés módjai • preszinaptikus és posztszinaptikus mechanizmus lehetséges • utóbbira nézve kevés információ van • homoszinaptikus moduláció – homoszinaptikus facilitáció • béka izom, kuráre AP gátlására • gyors ingerpár hatására 100-200 ms hosszú, térbeli szummációt meghaladó növekedés a második EPSP-ben • mechanizmusa a Ca++ növekedés a preszinapszisban
– poszttetanikus potenciáció • béka izom inger sorozattal ingerelve • depresszió, majd percekig tartó facilitáció • mechanizmusa: a hólyagocskák mind kiürülnek (depresszió), majd helyreállítódnak, miközben a Ca++ koncentráció még magas
Heteroszinaptikus moduláció • a transzmitter felszabadulást más szinapszis vagy a keringés által odajuttatott modulátor befolyásolja • pl. szerotonin - puhatestűek és gerincesek oktopamin - rovarok NA és GABA - gerincesek • idetartozik a preszinaptikus gátlás is • serkentő hatású modulációk – heteroszinaptikus facilitáció - Aplysia - érző és motoros idegsejt közötti áttevődés fokozódik 5HT jelenlétében mechanizmus: 5-HT - cAMP - KS-csatorna záródik - AP hosszabb, több Ca++ lép be – long-term potenciáció - LTP pl. hippokampusz intenzív ingerlésre órákig, napokig, hetekig tartó hatásnövekedés mindig NMDA szerepel
6
G-fehérjéhez kapcsolt hatás • ismétlés: jel szerinti osztályozás • lipofil jel (szteroid, tiroxin) - plazmareceptor fehérjeszintézis módosítás • lipofób jel (a többi) - membránreceptor meglévő fehérje módosítása – ioncsatorna (ligand-függő) - ionotróp receptor – G-fehérjéhez kapcsolódó 7M receptor - metabotróp receptor – katalitikus receptor - tirozin kináz, cGMP szintetáz
• a legelterjedtebb a G-fehérjéhez kötött • ligand + receptor = aktivált receptor • aktivált receptor + G-fehérje = aktivált Gfehérje (GDP - GTP csere) • aktivált G-fehérje - α-alegység disszociál • α-alegység - effektor fehérje aktiváció • α-alegység - GTP lebontás GDP-vé - hatás vége
Effektor fehérjék • K+-csatorna - nyitás, vagy csukás • másodlagos hírvivőn keresztüli hatás • Sutherland 1970 - Nobel-díj - cAMP rendszer • további másodlagos hírvivők felfedezése • hatásmechanizmusok: – cAMP – IP3 - diacilglicerol – Ca++
• • • •
egy jel, több lehetséges útvonal egy útvonal, több lehetséges jel jelentőség: jel felerősítése a receptor jelenléte, és milyensége a döntő: pl. szerotonin receptorok
7
Katalitikus receptorok
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 9-20.
8
Gap junction (rés-illeszkedés)
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 4-33.
Csatorna szerinti felosztás
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 8-1.
9
Gyors és lassú neurotranszmisszió
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-12.
A neuromuszkuláris junkció
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-13.
10
A neuromuszkuláris véglemez
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-14.
A jel eliminációja
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-31,34.
11
Az ingerület terjedése KIR-ben
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-1.
AP generálása az axondombon
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-43.
12
Térbeli szummáció
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-44.
EPSP és IPSP szummációja
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-45.
13
Időbeli szummáció
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-46.
Frekvenciakód
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-47.
14
Neuromoduláció
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-40,41.
Homoszinaptikus facilitáció
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig.6-48.
15
A facilitáció Ca++ függése
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-49.
Poszttetanikus potenciáció
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-50.
16
Heteroszinaptikus facilitáció
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-51.
Long-term potenciáció
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-52.
17
Hatásmód és zsíroldékonyság
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 9-8.
Zsíroldékony jelek hatásmódja
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 9-9b.
18
Effektor fehérje: K+-csatorna
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-39.
Másodlagos hírvivők
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 9-10.
19
cAMP szignalizáció
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 9-11.
Inozitoltrifoszfát szignalizáció
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 9-14.
20
Ca++ szignalizáció
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 9-19.
A jel sokszorozódása
Alberts et al.: Molecular biology of the cell, Garland Inc., N.Y., London 1989, Fig. 12-33.
21
Szerotonin receptorok
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 1-4.
22
