Élettan vázlatok. Guyton-Hall: The Textbook of Medical Physiology (11 th ed) című könyvének első két részéből

Élettan vázlatok

Guyton-Hall: The Textbook of Medical Physiology (11th ed) című könyvének első két részéből

• Bevezetés, sejtbiológiai alapok • Elektrofiziológia, az ideg- és izomműködés élettana

Szerkesztette: Ferenci Tamás Email: [email protected]

Előszó Ezek az élettani vázlatok Guyton-Hall: The Textbook of Medical Physiology (11th ed) címe könyve alapján készültek. A vizsgára készülésem keretében megírt több mint 30 oldalnyi kézírásos jegyzetet kezdtem el begépelni annak idején, hogy – ha már ennyit szenvedtem a megírásukkal :) – hátha mások is tudják valamire hasznosítani. Hiányzik 2 fejezet, ami papíron megvan, de még be kellene gépelni; továbbá a már begépelt részeket sem ellenőriztem túl alaposan. Ennek megfelelően ez az anyag nem teljes és persze akár hibákat is tartalmazhat, nem beszélve arról, hogy az egész könyvnek csak a töredéke – de talán még így sem teljesen haszontalan. Bármilyen hibajelzést, továbbfejlesztési javaslatot, vagy általában megjegyzést a jegyzettel kapcsolatban örömmel veszek a [email protected] címen! Ferenci Tamás

2

I. rész

Bevezetés, sejtbiológiai alapok

3

1. fejezet Bevezetés, szabályozás Bevezetés – Az élő szervezet alapegysége a sejt (ember: 100 billió, 1014 db) – Felnőtt ember 60%-a folyadék (főleg ionok és egyéb anyagok vizes oldata) ,→ 1/3 sejten belül: intracelluláris (IC) folyadék ,→ 2/3 sejten kívül: extracelluláris (EC) folyadék → lényegében ez jelenti az összes sejt számára a környezetet, „milieu interieur” – A folyadékterek jellemzői ,→ EC: sok Na+ , Cl− , CO2− 3 , tápanyagok (oxigén, glükóz, zsírsavak, aminosavak), elszállított salakanyagok (pl. szén-dioxid) ,→ IC: sok K+ , Mg2 +, PO3− 4 ,→ a kettőt határoló sejthártyákon át: jellegzetes transzport-folyamatok – Homeosztázis: a belső környezet állandóságának fenntartása (vérkeringés, tápanyagok bevitele, végtermékek eltávolítása, stb.)

Szabályozás – Például: CO2 ↔ légzés, baroreceptorok ↔ vérnyomás – Jellemzők: legtöbbször negatív feedback (a kiváltó hatás gyengítése irányában hat) – „Gain = Correction Error ” (pl. 100 mmHg artériás középnyomásnál (MAP) transzfúzió; végén a MAP 175 helyett csak 125 mmHg, ekkor Gain = −50 25 = −2; termoreguláció sokkal jobb: GT ≈ −30 . . . − 40) – Pozitív feedback sokszor veszélyes ,→ circulus vicius (pl. vérvesztés → szívkoszorúér-keringés romlása → szív pumpafunkciójának további romlása → coronaria keringés tovább romlik → és így tovább. . . ) ,→ de néha hasznos is lehet, pl. véralvadás – Egyéb megoldások: feed-forward, adaptív irányítás is

4

2. fejezet A sejt és funkciói – 100 billió, azaz 1014 darab sejt az emberben

Felépítés – Két fő alkotóelem ,→ sejtmag ,→ cytoplasma – A sejtmagot a cytoplasmától a maghártya; a cytoplasmát a külvilágtól a sejthártya választja el – Fő felépítő anyagok ,→ víz: zsírsejtek kivételével minden sejtben, 70-85% 2− 2− ,→ ionok: K+ , Mg2 +, PO3− 4 , SO4 , CO3 (legfontosabbak) + − 2 Na , Cl , Ca + (kisebb mennyiségben)

,→ fehérjék: 10-20% ,→ lipidek ,→ szénhidrátok

Fizikai struktúra, szerveződés – Sejthártya ,→ 7,5-10 nm vastag ,→ alapstruktúra: lipoid kettősréteg (bilayer) → hidrofób farki résszel szembefordult lipoidrétegek ,→ fehérjék is találhatóak a membránban • integráns (vagy transzmembrán) fehérjék: beékelődtek a sejthártyába • perifériás fehérjék: kívülről csatlakoznak a sejthártyához ,→ integráns fehérjék funkciói • csatornákat képeznek

5

Szerkesztette Ferenci Tamás

Élettan vázlatok UNIT I – Chapter 2

• karrier fehérjék (anyagok szállítása a külvilágból a sejtbe) • enzimek • receptorfehérjék (pl. hormonkötők) ,→ sejt külső felszínén szénhidrát burok, a glycocalyx – Cytoplasma és organellumai ,→ cytosol: a cytoplasma folyadék része ,→ endoplasmicus reticulum • csatornácskákból és üregekből álló hálózat • a felszínéhez apró szemcsék riboszómák kötődhetnek · ahol van: durva felszínű endoplasmaticus retikulum → szerep: fehérjemolekulák szintézisében · ahol nincs: sima felszínű endoplasmaticus reticulum → szerep: pl. lipidek felszívásában és anyagcseréjében ,→ Golgi-apparátus • az endoplasmaticus reticulummal működik együtt • váladéktermelő sejtekben domináns • legfontosabb szerep: összetett szénhidrátok létrehozásában ,→ lizoszómák • intracelluláris emésztőrendszer (károsodott sejtalkotók, bekerült tápanyagok, nemkívánatos anyagok, pl. baktériumok) • 250-750 nm átmérőjű • belül 5-8 nm átmérőjű granulák, melyek akár 40 különféle bontóenzimből épülnek fel → ezek végzik az emésztést • membrán határolja, sérülése esetén önemésztés indulhat meg ,→ peroxiszómák: hidrogén-peroxid képző és egyéb lebontó enzimek, pl. alkohol detoxikálása ,→ mitokondriumok: sejtek „energiaforrásai” → a tápanyagokból adenozin-trifoszfátot (ATP) gyártanak, önállóan tudnak reprodukálódni ,→ filamentumok ,→ microtubulusok: a filamentumokkal együtt a sejt alapvázát, a cytoskeletont alkotja – Sejtmag: nagymennyiségű DNS-t tartalmaz, osztódni képes – Maghártya: a sejtmagot határolja; rajta pórusokkal – Magvacska

6


Élettan vázlatok UNIT I – Chapter 2 ,→ sejtmagon belül található, nincs membránja ,→ fehérjét és RNS-t tartalmaz ,→ fehérjeszintézisben van szerepe

Sejtek működése, életjelenségei – Tápanyag bekerülése ,→ tápanyagok bejutása a sejtbe: diffúzió és aktív transzport (jórészt) ,→ nagy részecskék: endocitózis (két fajtája: pinocitózis és fagocitózis) ,→ pinocitózis • nagy makromolekulák, pl. fehérjék csak így tudnak a sejtbe belépni • a molekulák általában a sejtfelszínen lévő receptorokhoz kötődnek • ezután a sejthártya körbeöleli, és vezikulum formájában bekerül a cytoplasmába ,→ fagocitózis: hasonló a pinocitózishoz, de molekulák helyett nagy részecskék, pl. baktériumok, szövettörmelékek – Emésztés ,→ a bekebelezett anyagot tartalmazó vezikulumokhoz lizoszómák kapcsolódnak ,→ a lizoszómák a vezikulumokba ürítik bontóenzimeiket, melyek elvégzik az emésztést ,→ ezután a visszamaradt ún. reziduális test exocitózissal (az endocitózis fordítottja) kilép a sejtből ,→ károsodás esetén a sejt részleges vagy teljes megsemmisítése is a lizoszómák feladata (a teljes sejt megemésztése az autolízis) – Sejtalkotók szintézise ,→ két kulcsszereplő: endoplasmaticus reticulum és a Golgi-apparátus ,→ fehérjék • durva felszínű ER-ban képződnek • részben a cytosolba, részben az ER belsejébe, az endoplasmaticus mátrixba kerülnek a szintetizált fehérjék ,→ lipidek • jórészt a sima felszínű ER-ban • az ER-ból leszakadó vezikulumok vándorolnak a Golgi-apparátushoz ,→ Golgi-apparátus szerepe • bizonyos szénhidrátok szintézise (amire az ER nem képes)

7


Élettan vázlatok UNIT I – Chapter 2 • az ER-ban szintetizált anyagok további feldolgozása

• vezikulumok az ER-ból a Golgi-apparátusba; onnan vezikulumok a külvilágba (exocitózis) – Energia felszabadítása a tápanyagokból ,→ átalakulások • szénhidrátok → glükóz → piroszőlősav • fehérjék → aminosavak • zsírok → zsírsavak ,→ a glikolízis (glükóz → piroszőlősav) csak a teljes energiatermelés 5%-ért felelős (2 ADP → 2 ATP) ,→ ezután a piroszőlősav, az aminosavak és a zsírsavak acetil-CoA-vá alakulnak ,→ az acetil-CoA belép a mitokondriumba és ott (oxigénnel reagálva) vízzé és szén-dioxiddá bomlik le ,→ eközben hatalmas mennyiségű energia szabadul fel, mely 36 ADP-t alakít ATP-vé ,→ a sejt tehát akármilyen forrásból is származzon az energia, azt ATP-vé alakítja („energiavaluta”) ,→ ebből visszanyerhető a benne raktározott energia, ha ADP-vé bomlik; ez az energia különféle célokra hasznosulhat, elsősorban: • membránon keresztüli transzportfolyamatok • különféle anyagok (pl. fehérjék) szintézise • mechanikai munka – Mozgás ,→ állábakkal (amoeboid mozgás): pl. fehér vérsejtek ,→ csillókkal (ciliaris mozgás) ,→ ostorral (flagelliumos mozgás): pl. spermiumok

8

3. fejezet Gének, fehérjeszintézis, sejt reprodukció – DNS → RNS → fehérje – A DNS alkotóelemei ,→ foszforsav ,→ dezoxiribóz ,→ nitrogéntartalmú bázis • purin · adenin (A) · guanin (G) • pirimidin · timin (T) · citozin (C) – A foszforsav és a dezoxiribóz láncot alkot; két ilyen csavarodik fel egy kettős héixbe – A nitrogéntartalmú bázisok a hélix két láncát kötik össze – A mindig T-vel, G mindig C-vel kerül szembe a két lánc között, a két bázis között pedig hidrogénkötés alakul ki – A genetikai kódot a három ilyen bázisból álló ún. triplettek hordozzák

Fehérjeszintézis – A DNS tartalma átíródik RNS-be, ez a transzkripció – Az RNS hasonlít a DNS-hez, de ,→ a benne lévő cukor dezoxiribóz helyett ribóz ,→ timin helyett uracil (U) van benne – A transzkripció egy RNS polimeráz nevű enzim hatására zajlik le ,→ az RNS polimeráz felismeri a DNS szálban lévő ún. promotert és onnantól szétválasztja a kettős hélixet

9



,→ a DNS-ben lévő bázisok komplementereiből egyesével felépül az RNS-lánc ,→ a DNS ún. lánc-záró szekvenciáját elérve az RNS szintézise befejeződik, a DNS hélixe újra összezáródik ,→ az RNS bázisai a DNS komplementerét alkotják (csak timin helyett uracillal) ,→ az RNS fajtái: messenger RNS, transzfer RNS, riboszomális RNS – A messenger RNS (mRNS) ,→ tárolja a fehérje felépítéséhez szükséges információt (→ aminosavak sorrendje) ,→ ugyanis minden bázistriplett megfelel aminosavnak (egy aminosavnak általában több triplett is), valamint a lánckezdés és a lánczárás utasításokhoz is tartoznak triplettek – A transzfer RNS (tRNS) ,→ az aminosavakat szállítják a fehérjeszintézis helyére, a riboszómákhoz ,→ minden aminosavnak saját tRNS-e van (némelyiknek több is) ,→ a tRNS egyik oldalán köti a szállított aminosavat, másik oldalán felismeri a kérdéses aminosavnak megfelelő mRNS szekvenciát (kodon-antikodon) ,→ így a tRNS-ek az mRNS-ben kódolt információ szerint hozzák az aminosavakat a fehérje szintetizálásához – A riboszomális RNS (rRNS) ,→ a fehérjeszintézis helye a sejtben a riboszóma ,→ a riboszómák 60%-a rRNS (a maradék: fehérjék és enzimek) ,→ a riboszóma együttműködik a fehérjeszintézis során a másik két RNS típussal: a tRNS-ek hozzák a beépítendő aminosavakat, az mRNS-ek pedig a beépítés sorrendjére vonatkozó információkat ,→ a riboszómák tehát lényegében a fehérjék „gyártóüzemei” – Fehérjék képződése a riboszómában, a transzláció ,→ az mRNS a lánckezdő kodontól indulva végighalad a riboszómán, miközben legyártódik a benne kódolt fehérje → ez a transzláció ,→ a már leolvasott, riboszómából klépő mRNS-vég gyakran belép egy másik riboszómába, így a fehérje gyártása egyszerre több helyen is zajlik (mindegyik más fázisban tart), akár 3. . . 10 riboszóma is egyszerre → ezek az egységek a poliriboszómák ,→ a riboszómák nem specifikusak: bármelyik képes bármilyen fehérjét gyártani ,→ nagyon sok riboszóma az endoplasmaticus reticulumhoz kötődik ,→ a termelt fehérjék nagyobb része a cytosolba jut, és csak kisebb része az ER-be

10



,→ a riboszómák ATP felhasználásával kialakítják a peptidkötéseket a tRNS-ek által odaszállított aminosavak között (melyek az mRNS szerinti sorrendben fognak állni, mert minden tRNS a saját helyéhez kapcsolódik) – Biokémiai aktivitás szabályozása ,→ genetikai: a szintetizált termékek gátolják a szintézisért felelős DNS területek érvényre jutását ,→ enzimatikus: a szintézishez szükséges enzimek aktivációja/inhibíciója; szintén negatív feedback

Sejt reprodukció – Inhibíció nélkül az emlős sejtek életciklusa 10-30 óra: ennek végén kettéosztódnak (mitózis), ami körülbelül 30 percet vesz igénybe → a sejtek idejük 95%-ában osztódások közötti szakaszban (itnerfázisban) vannak – Emberi szervezetben (az inhibitáló hatások miatt) a sejtek életciklusa lehet 10 óra (csontvelő), de lehet az ember egész élete is (idegsejtek) – A reprodukció első lépése a DNS megkettőződése (replikáció) ,→ minden kromoszómában a kettős hélix mindkét szála duplikálódik, az elejétől a végéig ,→ az ezt segítő enzim a DNS polimeráz ,→ a hélix szálainak szétbontását és összeillesztését egy DNS ligáz nevű enzim segíti – A megkettőződést ellenőző és javító folyamatko követik → ezek hibája esetén lép fel mutáció – A sejtmag DNS hélixei kromoszómákba „csomagolódnak” – A sejt tényleg kettéosztódása a mitózis; ennek részei: ,→ profázis ,→ prometafázis ,→ metafázis ,→ anafázis ,→ telofázis

Apoptózis – Programozott sejthalál: szükségtelenné vált sejtek önfelszámolása

11



– Ezzel ellentétesen, a sérülés hatására történő sejtelhalás a necrosis → ekkor a sejt belső tartalma kiszabadulhat, károsodást okozva a környezetben, pl. gyulladáshoz vezehet (apoptózisnál nincs ilyen) – Egészséges esetben az apoptózis és a sejtek létrejötte egyensúlyban van

Rák – Szinte mindig mutáció, vagy sejtosztódásért felelős gén más módon történő aktivációja okozza (az abnormális gén neve: onkogén) – A mutálódott sejtek töredéke vezet csak rákhoz (elpusztulnak, immunrendszer, stb.) – A mutáció valószínűsége csekély a DNS pontos replikációja miatt → de ezt megnöveli pl. ionizáló sugárzás, bizonyos vegyianyagok, fizikai irritáció, öröklött tendencia stb. – A rákos sejtek kontroll nélkül nőnek; kisebb adhéziójuk miatt könnyen leszakadnak és (a véráramba kerülve) máshol kezdhetnek el szaporodni – Megölik a többi, nem korlátlanul osztódó sejtet, mert ugyanazokért a tápanyagokért kompetálnak → a rákos sejtek fognak győzni

12

II. rész

Elektrofiziológia, az ideg- és izomműködés élettana

13

4. fejezet Anyagszállítás a sejthártyán keresztül – EC-ben sok Na+ és kevés K+ ; IC-ben pont fordítva – EC-ben sok Cl− , IC-ben kevés; IC-ben viszont sok PO3− 4 és fehérje

Sejthártya jellemzői – Sejthártya: lipoid kettősréteg, fehérjemolekulákkal – Ez a lipoid kettősréteg nem átjárható a víz és a vízoldékony anyagok számára → csak néhány zsíroldokény anyag tud közvetlenül átjutni a sejthártyán – A sejthártyát fehérjék szíktják meg, ezek jórésze transzport fehérjeként tud működni ,→ csatornaképző fehérjék (a bennük lévő csatornán át víz és bizonyos ionok, molekulák szabad mozgását teszik lehetőve) ,→ karrier fehérjék (a szállítandó iont vagy molekulát megkötik, majd konformációs változás következik be → az ion vagy molekula bentre kerül) – Ezek a fehérjék általában szelektívek – A transzemembrán transzport (akár a kettősrétegen, akár fehérjén kereszül zajlik) két folyamatra épülhet ,→ diffúzió (random molekula-mozgás; hajtóerő: normál hőmozgás) ,→ aktív transzport (karrier fehérje az energiagradiens ellenében (pl. kis koncentráció → nagy koncentráció) mozgat anyagot, így energiaforrást igényel

Diffúzió – Spontán hőmozgás, molekulák egymással ütközése energiaátadással → a molekulák véletlenszerűen „pattognak” a gázokban és folyadékokban → diffúzió – Sejthártyán keresztüli diffúzió formái ,→ egyszerű diffúzió: hőmozgás miatti diffúzió (karrier fehérje nem játszik szerepet)

14


Élettan vázlatok UNIT II – Chapter 4

• közvetlenül a kettősrétegen át: zsíroldékonyság a meghatározó (O2 -re, N2 -re, CO2 -ra, alkoholokra jó → könnyen átjutnak, zsíroldékonysággal arányosan → O2 szinte ellenállás nélkül • fehérjecsatornán át: így ját át a víz és más, kisméretű vízoldékony anyagok (méret kritikusan fontos) ,→ facilitált diffúzió: a transzportot karrier fehérje segíti – Fehérjecsatornál: összeköttetést teremtenek az EC és az IC tér között. Jellemzőik: ,→ szelektív permeabilitás: csak bizonyos ionok vagy molekulák jutnak át • okok: csatorna geometriája (pl. átmérő), elektromos töltése, kémiai kötései • pl.: Na+ -csatorna, 0,3×0,5 mm, erősen negatív töltéssel (dehidrált Na+ -ot vonzza) • pl.: K+ -csatorna, 0,4×0,3 mm, töltés nélkül (vonzás nincs, de a hidrált K+ sokkal kisebb, mint a hidrált Na+ → csak a K+ fér át) ,→ kapuzás (gating): változóképes ionpermeabilitás • feszültségvezérelt kapuzás: a sejthártya elektromos potenciálja nyitja/csukja a kaput. Pl. Na-csatorna nyílik, ha a sejt belseje veszít negatív töltéséből; vagy pl. K-csatorna nyílik, ha a sejt belseje pozitívan töltött lesz • ligandfüggő kapuzás: a nyitást/csukást egy meghatározott anyagnak a csatornafehérjéhez való kötődése okozza, pl. acetilkolin csatorna ,→ csatorna vagy teljesen nyitva van, vagy teljesen zárva (ha egy feszültségnél állandóan nyitva van, egy másiknál pedig állandóan csukva, akkor a kettő között feszültségeken a megfelelő frekvenciával folyamatosan nyit és csuk) ,→ ionáramok kimérés (akár egyetlen csatornára is): patch-clamp technika (µm-es sejthártyadarabka felszívása mikropipettára, és ott mérés) – Facilitált diffúzió: egy karrier fehérje „segíti” a diffúziót ,→ a kívül lévő molekula ráköt a karrier fehérje egy pontjára → konformációs változás a fehérjében → a molekula bekerül → a kötés elég gyenge, így ott leszakad ,→ ez csak olyan gyorsan történhet, amilyen gyorsan a karrier fehérje „kapcsolgatni” tud → míg az egyszerű diffúzió sebessége a koncentrációkülönbséggel egyenesen arányos, adddig a facilitált diffúzió sebessége egy adott sebességnél betelít ,→ facilitált diffúzióval lépi át a membránt • glukóz (és egyéb hasonló monoszacharidok; az inzulin 10-20-szorosával is gyorsítani tudja a diffúziót • aminosavak ,→ a facilitált diffúzió oda-vissza működik

15


Élettan vázlatok UNIT II – Chapter 4 – Nettó diffúziós sebességet befolyásoló tényezők

,→ koncentrációkülnbség (a diffúziósebesség arányos a koncentrációkülönbséggel) ,→ potenciálkülönbség (töltött részecskéket akkor is diffúzióra késztet, ha nincs koncentrációkülönbség → amíg a felépülő koncentrációkülönbség ellent nem tart; ekkor e.m.e [mV]=±61 log cc12 egy vegyértékű ionokra, e.m.e=elektromotoros erő; ez a Nernst-egyenlet egy formája) ,→ nyomáskülönbség (kapillárisok membránján akár 20 mmHg is lehet; diffúzió arányos ezzel) – Ozmózis ,→ a membrán két oldalán eltár pl. a víz koncentrációja, ezért nettó vízáramlás lesz ,→ oka lehet: szelektíven permeabilis membrán → pl. víz át tud jutni, Na+ és Cl− nem → ha az egyik oldalon víz van, a másikon NaCl oldat, a víz igyekszik hígitani az NaCl oldatot ,→ ahogy áramlik be a víz, bent megnő a nyomás, és egy ponton (az ún. ozmotikus nyomásnál) ez épp ellentart a beáramlásnak ,→ az ozmotikus nyomás az oldott molekulák darabszámától és nem a tömegétől függ ,→ ezt fejezi ki az osmole (Osm): anyagmennyiség szorozva azzal, hogy hány molekulára disszociál egy molekula. Molalitás = oldott anyag anyagmennyisége / oldószer tömege; végül osmolalitás: ugyanet, csak oldott anyag Osm-ban. IC és EC folyadék ozmolalitása kb. 300 mOsm/kg ,→ testhőmérskéleten 1 mOsm/liter megfelel 19,3 mmHg ozmotikus nyomásnak; így a testen belül 5790 mmHg kéne, hogy lgyen a testfolyadékban az ozmotikus nyomás (valójában csak 550 mmHg, mert sok ion, pl. Na+ és Cl− kötődik egymáshoz és nem mozognak teljesen szabadon) ,→ ozmolalitás helyett használatos az ozmolaritás is (oldott anyag anyagmennyisége / oldat térfogata); az ozmotikus nyomást az ozmolalitás határozza meg, de az ozmolaritást könnyebb mérni, és híg oldatokban (pl. emberben) a kettő jó közelítéssel egyezik

Aktív transzport ,→ Néha kell: nagy koncentráció IC-ben, miközben EC-ben kevés (pl. K+ ), vagy fordítva (pl. Na+ ) → ez spontán diffúzióval nem jöhet létre ,→ Molekulák mozgatása koncentrációgradiens ellenében: aktív transzport ,→ Ilyenben vesz részt pl. Na+ , K+ , Ca2+ , Fe, H+ , Cl− , I− , urea, cukrok, aminosavak többsége

16



,→ Ebben is karrier fehérjék vesznek részt (de aktív energiafelvétel mellett) ,→ Fajtái • primer (elsődleges) aktív transzport: energiaforrás ATP, vagy más nagy energiájú foszfát-kötés • szekunder (másodlagos) aktív transzport: energiaforrás primer aktív transzporttal létrehozott koncentrációkülönbség ,→ Primer aktív transzport: a Na+ -K+ pumpa • a sejt Na és K koncentrációjának beállításáért felel, és a sejten belüli negatív potenciált hozza létre • a karrier fehérje egy nagyobb α- és egy kisebb β részegysségből áll • a kisebb részegység funkciója ismeretlen, talán a sejthártyához rögzítést szolgálja • a nagyobb részegységben · három receptorterület Na+ -nak (belül · két receptorterület K+ -nak (kívül) · a fehérje belső részében ATPáz aktivitás • működés: kívül beköt 2 K+ , belül 3 Na+ , majd 1 ATP-t ADP-vé alakítva a pumpa kicseréli a két iont • fordítva is tud működni (ezt a koncentrációviszonyok határozzásk meg); ekkor ATP-t szintetizál • néhány sejtnél akár az energiafelvétel 60-70%-a is a Na+ -K+ pumpa működtetésére mehet • fontos szerepe van a sejt méretének szabályozásában (enélkül hamar szétrobbanna a sejt), hiszen 3 Na+ -ot csak 2 K+ -ra cserél (ráadásul a Na+ kevésbé tud visszajönni, mert rá kisebb a sejthártya permeabilitása) • elektrogén pumpa (a sjet belsejét negatív felé tolja működése közben) ,→ Primer aktív transzport: Ca2+ ionok • IC-ben rendkívül kevés Ca2+ → két Ca2+ -pumpa • egyik EC-be pumpál, másik IC vezikuláris organellumokba (szarkoplazmás retikulum, vagy pl. mitokondrium) • a karrier fehérje itt is ATPát funkciójú ,→ Primer aktív transzport: H+ ionok • jelentős: gyomorban (gyomorsav) és vesében (pH beállítás) ,→ Primer aktív transzport enegiaigénye: E[kalória/osmole]=1400log cc12 ,→ Szekunder aktív transzport

17



• Na+ -ot sejten kívülre viszi a primer aktív transzport → de vissza akarnak jönni → ebben energia raktározódik → ezt használja ki a szekunder aktív transzport • miközben a Na+ visszajön a gradiens irányába, cserébe valami a gradiensel szemben transzportálódik · ha ez a Na+ -mal együtt, kintről befelé jön: kotranszport (szimport) · ha ez a Na+ -mal szemben, bentről kifelé megy: ellentétes transzport (antiport) • a transzportált anyagok megfelelő karrier fehérjére kötődnek, ami elvégzi a transzportot ,→ Szekunder aktív transzport: glukóz, ill. aminosavak a Na+ -mal (kotranszport) • bélben és vesében jelentős • a glukóz-Na+ és az aminosav-Na+ párokhoz több különböző karrier fehérje tartozik • kotranszport: Na+ /glukóz vagy aminosav egyaránt kívülről megy be (Na+ -ból kívül van sok, glukózból ill. aminosavból bent) ,→ Szekunder aktív transzport: Ca2+ ill. H+ ionok a Na+ -mal (ellentétes transzport) • Ca2+ -Na+ szinte minden sejtben • Ca2+ -H+ különösen a vesében jelentős ,→ A transzport sokszor kiterjedt felületen történik és nem egyetlen sejthártyán (pl. bélben) → ekkor jellemzően az egyik oldalon aktív transzport, a szemben lévőn egyszerű, vagy facilitált diffúzió zajlik.

18

5. fejezet Membránpotenciál és akciós potenciál – Elektromos potenciálkülönbségek szinte minden sejthártyánál vannak, szerepük sokrétű

Membránpotenciál alapjai – Példa: sejthártyán belül sok K+ , kívül kevés. A hártya csak K+ számára átjárható → a K+ megy kifelé (koncentrációkülönbség miatti elektrokémiai gradiens) ezért kint pozitívabb lesz a tér, bent negatívabb → egy ponton ez épp ellent fog tartani a koncentrációkülönbségnek → ekkor a benti potenciál -94 mV lenne. – Ugyanez, de kint sok Na+ , bent kevés: ez önmagában +61 mV-ot hozna létre. – Látható, hogy a szelektíven permeabilis membránok két oldalán potenciálkülönbség jöhet létre. – A koncentrációkülönbség és a létrejövő feszültség között a Nernst-egyenlet tartja a kapcsolatot: cbent e.m.e.[mV ] = ±61 · log ckint – Ennek kiterjesztése több ionra, mindegyikre eltérően permeabilis sejthártyával, az élettan szempontjából jelentős esetben: e.m.e.[mV ] = ±61 · log

PN a+ [N a+ ]bent + PK + [K + ]bent + PCl− [Cl− ]kint PN a+ [N a+ ]kint + PK + [K + ]kint + PCl− [Cl− ]bent

Goldman − Hodgkin − Katz − egyenlet – A Na+ , a K+ és a Cl− lényeges ideg- és izomsejtekben a membránpotenciál szempontjából ,→ a koncentrációjuk jelentőségét a membrán rájuk vett permeabilitása súlyozza ,→ a jeltovábbításban (a membránpotenciál változtatásában) PN a+ és PK + változása a jelentős ,→ A membránpotenciál változtatásához hihetetlenül kevés töltött ion átásamlása is elég

19



Nyugalmi membránpotenciál idegsejtben – Befolyásoló tényezők ,→ Na+ -K+ pumpa: elektrogén (3 Na+ ki, de csak 2 K+ be) ,→ K+ -Na+ szivárgó csatornák: csatornaképző fehérjén; K+ -ra 100-szor permeabilisabb, mint Na+ -ra – A nyugalmi membránpotenciál értéke -90 mV, ennek kialakulása ,→ ha csak K+ áramlásával számolunk: -94 mV lenne (membrán minden másra impermeabilis: −61 · log 140mM 4mM = −94mV ) 14mM ), de a kettő együtt -86 mV, ,→ csak a Na+ +61 mV-ot adna (−61 · log 142mM ugyanis a sejthártya 100-szor permabilisabb K+ -ra, így az lesz a döntő

,→ a Na+ -K+ pumpa 4 mV-nyi negatívosítást jelent, így lesz a végeredmény -90 mV

Akciós potenciál idegben – Jeltovábbítás akció potenciálokkal (AP) → hirtelen változás a membránpotenciálban – AP-nél hirtelen permeabilissá válik a sejthártya Na+ -ra → bezúdul a Na+ → sejt pozitív irányba megy, ez a depolarizáció (gyakran túllövéssel nulla fölé, akár +35 mVig is, más sejtekben csak 0-ig) – Ezután Na+ -ra való permeabilitás normalizálódik, de K+ -ra vett megnő → K+ kiáramlás helyreállítja a negatív membránpotenciált, ez a repolarizáció – Mindez néhány tized ms alatt játszódik le – De- és repolarizációban a feszültségfüggő Na+ és K+ csatornák játszanak kulcsszerepet – Feszültségfüggő Na+ csatorna ,→ két kapuja van: külső oldalon az aktivációs, belsőn az inaktivációs ,→ nyugalomban az aktivációs zárt, az inaktivációs nyitott → Na+ nem tud átjutni ,→ kb. -70. . . -50 mV-nál konformációs változás: aktivációs kapu nyit → aktivált állapot, Na+ át tud jutni, a membrán rá vett permeabilitása 500. . . 5000szeresére nő ,→ a megnövekedett feszültség az inaktivációs kaput bezárja, de csak néhány tized ms késéssel (ez lassabb konformáció-változás) → pont elég AP létrejöttéhez ,→ ha egyszer lezárt, az inaktivációs kapu csak akkor nyit újra, ha a membránpotenciál normalizálódik – Feszültségfüggő K+ csatorna

20


Élettan vázlatok UNIT II – Chapter 5 ,→ csak egy kapuja van, a belső oldalon

,→ akkor nyit, amikor a potenciál elkezd pozitívba menni -90 mV-ról ,→ de kis késéssel, ezért kb. akkorra nyit ki, mire a feszültségfüggő Na+ -csatorna záródik → repolarizáció – A fenti jelenségek vizsgálata: voltage-clamp-technika (egy elektróda az IC feszültségét méri, egy másik áramot ad az IC térbe, hogy a feszültséget egy előre beállított értéken tartsa → az így adott áram a mintában folyó ionárammal lesz arányos) – Az egyes csatornák szelektív megbénítása is lehetséges különféle vegyi anyagokkal ,→ Na+ -csatorna blokkolása: tetrodotoxin (TTX) ,→ K+ -csatorna blokkolása: tetraetil-ammónium (TEA) – Az AP lezajlása ,→ nyugalomban a Na+ és K+ konduktanciájának aránya 0,01 (a szivárgócsatornák jellegzetessége) ,→ AP kezdetekor a Na+ konduktancia 5000-szeresére ugrik (feszültségfüggő Na+ -csatornák nyitása) 0,1 ms alatt → konduktancia-arány 10-re felmegy, a membránpotenciál pedig akár +50 mV-ig is a beáramló Na+ miatt ,→ néhány tized ms múlva a feszültségfüggő Na+ -csatornák zárnak ,→ ezalatt nyílni kezdenek a feszültségfüggő K+ -csatornák, mire kinyílnak, a feszültségfüggő Na+ -csatornák be is záródnak → konduktancia-arány 0,001-re is lemehet → K+ áramlik ki → túllövéssel (utó-hiperpolarizálódással), de beáll a nyugalmi membránpotenciál értéke ,→ feszültségfüggő K+ -csatornák záródnak, konduktancia-arány visszaáll 0,01-re – Más ionok szerepe az AP-ben (a Na+ -on és a K+ -on kívül) ,→ negatív töltésű ionok (anionok) az idegsejt axonján belül: fehérjemolekulák anionjai, szerves foszfát, szulfát anionok stb. → nem tudnak kilépni (pozitív ionok hiánya esetén felelnek a negatív töltésért) ,→ Ca2+ ionok: • minden sejtben Na+ -pumpához hasonló Ca2+ -pumpa → Na+ -mal együtt, vagy helyette is részt vehet AP létrehozásában • vannak feszültségfüggő Ca2+ -csatornák is: Na+ számára is átjárható (hívják ezért Ca2+ -Na+ -csatornának is), de 10-20-szor lassabban aktiválódik, mint a Na+ -csatorna → ez az ún. lassú csatorna, a Na+ pedig a gyors csatorna • szíviziomban és simaizomban jelentős (néhány utóbbiban az AP-ért is felelős)

21



,→ Ca2+ mennyisége a Na+ -csatornákat aktiváló feszültség nagyságát is befolyásolja → kevesebb Ca2+ -nál könyebben nyílnak a Na+ -csatornák, könyebben jön létre AP → ingerelhetőbb az ideg. Ca2+ koncentráció felére csökkenésénél már tetanizálódhat a beidegzett izom (légzőizom esetén ez halált is okozhat). Ok: a Ca2+ a Na+ -csatorna fehérjéjének külső felére köt, és befolyásolja a csatornát alkotó fehérjét. – AP keletkezése ,→ inger nélkül folyamatos nyugalmi állapot, AP nincs ,→ de ha valami miatt -90 mV-ról megnő a membránpotenciál → feszültségfüggő Na+ -csatornák nyitnak → tovább nő a membránpotenciál → pozitív visszacsatolású kör → AP indul ,→ van egy minimális ingerszint, ami be tudja indítani a fenti lavinát (kell: belépő Na+ száma > kilépő K+ ), ennek értéke 15. . . 30 mV. Tehát kb. -65 mV-ra kell emelni a membránpotenciált, hogy „berobbanjon” az AP, ez a kb. -65 mV az ún küszöbfeszültség. – Az AP terjedése ,→ egy ponton létrejövő AP általában (a szomszédos sejthártya területeket ingerelve) tovaterjed ,→ középen ingerelve egy idegrostot, ott AP alakul ki, és a beáramló Na+ miatt mindkét irányban ingerületbe jön a sejthártya → mindkét irányba tovaterjed a depolarizációs hullám. Ez az ún. ideg- (vagy izom-) impulzus. ,→ „minden vagy semmi” elv: küszöb alatti ingerlésnél nincs válasz, a fölött ingerléstől függetlenül ugyanaz az AP a válasz ,→ ha egy ponton már nincs elég feszültség a szomszédos terület ingerléséhez → megáll az AP terjedése – Normál ionkoncentráció visszaállítása AP után ,→ egy AP alig változtatja meg a Na+ és K+ koncentrációkat → egy nagy idegrost 100 000. . . 50 millió impulzust tud továbbítani, mielőtt felborulni az ionegyensúlya ,→ ezzel együtt is, az ionegyensúlyt helyre kell állítani → ezt végzi a Na+ -K+ pumpa (AP alatt bekerült plusz-Na+ megy ki, elfogyott K+ -ot pótol) ,→ ez energia (ATP) igényes (idegimpulzus-frekvenciával arányos hőtermelődéssel is jár) ,→ többlet IC Na+ ingerli a Na+ -K+ -pumpát (IC Na+ koncentrációjának 3. hatványával arányosan) – Plató az AP-ben ,→ a depolarizáció nem szűnik meg azonnal, hanem egy túllövést (tüske) követően állandósul, és csak ezután jön a repolarizáció

22


Élettan vázlatok UNIT II – Chapter 5 ,→ szívizomban 0,2-0,3 s hosszú ez a plató; okai:

• két csatornatípus vesz részt a depolarizálásban: a szokásos, gyors Na+ csatornák és a lassú Ca2 +-csatornák; ez utóbbi jóval lassabban nyit és a platóért felel, az előbbi a tüskéért az elején • a feszültségfüggi K+ -csatornák a szokottnál lassabban nyitnak (a plató legvégénél) – Ritmikus AP-k ingerelhető szövetekben ,→ ritmikus, öngerjesztő kisülések lépnek fel pl. a szívben (szívverés), legtöbb simaizomban (bél-perisztaltika) és a központi idegrendszer sok neuronjában ,→ ezeken kívül, szinte bármilyen ingerelhető szövet képes ismétlődő kisülésekre, ha a küszöbfeszültség eléggé lecsökken (okozhatja pl.: veratrin vagy hipokalcémia, mindkettő a sejthártya Na+ permeabilitását növeli) ,→ spontán ritmicitáshoz nyugalomban is eléggé Na+ permeabilis sejthártya kell → a nyugalmi potenciál értéke -70. . . -60 mV → nem tudja teljesen zárva tartani a Na+ - (és Ca2+ -) csatornákat ,→ a beáramló Na+ és Ca2+ még jobban emeli a membránpotenciált → pozitív visszacsatolás → AP ,→ a repolarizáció után ms. . . s várakozás, majd újabb AP → miért van ez a szünet? → mert az AP végén megnő a K+ permeabilitás, ez túllövést okoz: a membrán a normálisnál negatívabb lesz az AP végén (utó-hiperpolarizáció) → ennek meg kell szűnnie, mielőtt jönne a követező AP (membránpotenciálnak vissza kell nőnie a küszöbig) – Ingervezetés idegekben ,→ az ideg idegrostokból épül fel ,→ az idegrostok lehetnek velőhüvelyesek (myelin-hüvelyesek) vagy velőhüvely nélküliek ,→ tipikus velőhüvelyes idegrost részei • axon (a sejthártyája vezeti az AP-t) • axoplazma (az axon belsejét tölti ki) • myelin-hüvely (körbeveszi az axont, gyakran még az axonnál is vastagabb) • Ranvier-féle befűződés (1-3 mm-enként) ,→ a myelin-hüvelyt Schwann sejtek építik fel → ezek a sejtek többször körbeölelik az axont → a benne lévő sphingomyelin nevű lipid nagyon jó elektromos szigetelő ,→ két Schwann-sejt között 2-3 mm-nyi szigeteletlen rész (itt lehetséges ionáramlás), ez a Ranvier-féle befűződés

23



,→ a myelinhüvelyen nem tudnak átjutni ionok → AP csak a befűződéseknél → az AP így befűződésről-befűződésre ugrál, ez az ún. szaltatórikus vezetés (ekkor ionáram folyik két befűződés között az axoplazmában, valamint kívül, megkerülve a myelin-hüvelyt) ,→ a szaltatórikus vezetés előnyei • a nagyobb ugrások miatt 5. . . 50-szer gyorsabb vezetés • energiatakarékos (csak a befűződéseknek kell depolarizálódniuk) • a jó szigetelés miatt kevés ion átáramlása kell a repolarizációnál ,→ vezetési sebesség: 0,25 m/s (kis, velőhüvely nélküli) - 100 m/s (nagy, velőhüvelyes) – Ingerlés, AP kiváltása ,→ bármi jó lehet, ami a Na+ ionokat bejuttatja: mechanikus, vegyi, elektromos ingerlés ,→ laborban legtöbbször árammal fémelektródon – Küszöb alatti ingerlésnél is lesz válasz (csak nem AP) → elektrotónusos jelenségek – Küszöb alatti ingernél a negatív feedback még képes lecsillapítani a hatást és visszaállítani a membránpotenciált, küszöb felett a pozitív feedback lesz a domináns → beindul az AP – Depolarizált állapotban, miután az Na+ (és/vagy a Ca2+ ) csatornák már bezáródtak, egy ideig semmilyen ingerre nem nyílnak ki → ekkor új AP nem váltható ki, a sejt nem ingerelhető, ez az abszolút refrakter stádium (hossza nagy velőhüvelyes rostban kb. 1/2500 s) – Ingerelhetőség csökkentése ,→ amíg a hipokalcémia növeli az ingerelhetőséget, a hiperkalcémia csökkenti (mert csökkenti a sejthártya Na+ permeabilitását) → stabilizáló hatású ,→ ugyanilyen hatásúak bizonyos helyi érzéstelenítők: a Na+ -csatorna aktivációs kapujára hatnak úgy, hogy azok nehezebben nyitnak ki → ingerelhetőség csökken → egy ponton az ideg már egyáltalán nem tud idegimpulzust továbbítani • procain (Novocain, Prokain klorid inj., Hemorid végbélkúp) • tetracaine (Drill cukorka) – Membránpotenciál és AP regisztrálása: mivel tört-ms-ok alatt játszódik le → oszcilloszkóppal (a regisztrátumon az AP előtt a stimulálás okozta artefaktum is meg fog jelenni)

24

Élettan vázlatok. Guyton-Hall: The Textbook of Medical Physiology (11 th ed) című könyvének első két részéből

Recommend Documents