Upload
others
View
0
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1
Bevezetés
Állatélettan előadás
Dr. Détári Lászlóegyetemi tanár
• Élettani és Neurobiológiai Tanszék• 1117 Bp., Pázmány Péter sétány 1/C• iroda: Déli Tömb 6-420/a• Tel.: 381-2215 (8115)• e-mail: [email protected]• homepage: http:\\detari.web.elte.hu
2/20
2
• 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. vagy 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
Számonkérés3/20
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
4/20
3
Az élettan alaptémái
• struktúra és funkció egysége• adaptáció (evolúció során), akklimatizáció
(egyed élete során)– pl. magas hegység - ritka levegő– Mexikói olimpia (1968) - helybeliek adaptálódtak
(2240 m) külföldiek akklimatizálódtak (más módon)– nem mindig adaptáció az, ami annak látszik: láma -
teve; a magas O2 kötőképesség nem adaptív jegy a lámában, mert a tevében is megvan
• 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
5/20
• sejtélettan– membránok– potenciálok– kommunikáció– izomműködés
• vér + keringés• légzés• kiválasztás• emésztés
• endokrin szab.• nemi működés• érzékszervek• mozgató mük.• hipotalamusz• integratív
funkciók
6/20
4
Sejtmembrán
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
8/20
5
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
9/20
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%
10/20
6
Fehérje komponensek
• integráns fehérjék: átérnek egyik oldalról a másikra
• membránban lévő rész ált. -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, adenilát-cikláz, stb.)
11/20
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 szállítómolekulával
• energetikai osztályozás:– passzív: gradiens mentén - energiát nem igényel
(diffúzió, facilitált diffúzió, csatorna) – aktív: gradienssel szemben - közvetlen, vagy
közvetett energiafelhasználás - szállítómolekula• speciális: endocitózis, exocitózis
12/20
7
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 - 90% - 3,5 s– 10 cm - 90% - 11 év
• méretkorlát (30-50 ), plazmaáramlás, axon-transzport rendszerek
• Fick első törvénye:
J = -D * A * dc/dx• adott pontból x-irányban nézzük c-t, és az
áramlást
13/20
Diffúzió II.• gömbölyű molekulákra (Stokes-Einstein):
D = k * T / (6r)• 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 = - Dm * A * K * (co - ci) / x• a megoszlási hányados és a membránon belüli
diffúziós állandó adott anyagra konstans, a membrán vastagsága is - permeabilitási koefficiens
J = - P * A* (co - ci)• rokon fogalom: konduktancia
14/20
8
Ozmózis I.• 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
15/20
Ozmózis II.• az ozmózisnyomás a részecskék számától
függ: = 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
16/20
9
Ioncsatornák• integráns fehérjék alkotják; -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
17/20
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)
18/20
10
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
19/20
Endocitózis és exocitózis• 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
20/20
11
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.
12
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.
13
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
14
AB0 vércsoportok
Darnell et al., Scientific American Books, N.Y., 1986, Fig. 3-79Darnell 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.
15
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.
16
Koleszterin a membránban
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 4-7.Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 4-7.
Hidrofóbicitás
17
Átjutás a membránon
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 4-18.Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 4-18.
Alberts et al.: Molecular biology of the cell, Garland Inc., N.Y., London 1989, Fig. 6-60, 6-61.
Ioncsatornák vizsgálata
18
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.
19
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.
20
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.
21
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.
22
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.
23
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.