Elektrofiziológiai alapjelenségek 1. SZTE-ÁOK Farmakológiai és Farmakoterápiai Intézet Szeged, Dóm tér 12.

Témák Biofizikai alapok Nyugalmi membránpotenciál Az ingerületvezetés alapjai Elektrotónusos potenciálok Ioncsatornák és tulajdonságaik Akciós potenciálok

(B1-A1)<(B2-A2)<(B3-A3) Potenciálokról általában A3 B3 A2 B2 A1 B1 Potenciál = Hajtóerő (B1-A1)<(B2-A2)<(B3-A3) A potenciál(különbség) lehetőséget teremt hogy a rendszerben változás álljon be, az egyensúly irányába, hogy a potenciál megszűnjön Minél nagyobb a potenciálkülönbség, elvileg annál nagyobb munka végezhető A potenciál(különbség) nem feltétlenül jelenti azt, hogy történni is fog változás! Más egyéb tényezőktől is függhet

Elektrofiziológiai szempontból fontos potenciálok Kémiai potenciál Elektromos potenciál Elektrokémiai potenciál Donnan potenciál

1. Kémiai potenciál ‘A’ térrész ‘B’ térrész Az ‘A’ térrészben a cukormolekulák száma jóval nagyobb mint a ‘B’ részben A membrán a glükóz számára átjárható A rendszer nincs egyensúlyban: a koncentrációgrádiens az ‘A’ részből a ‘B’ rész irányába mutat Kémiai potenciál A kémiai potenciál a töltéssel nem rendelkező részecskék egyszerű diffúziójának hajtóereje, lényegében azonos a koncentrációkülönbséggel A diffúzió rövid távon hatékony transzport folyamat Pl.: O2-CO2 gázcsere a tüdőben 10 ‘A’ térrész ‘B’ térrész Az ‘A’ térrészben a cukormolekulák száma egyenlő a ‘B’ részben találhatóval A rendszer dinamikus egyensúlyban van Nincs koncentrációgrádiens, nincs kémiai potenciál 5 5

µ= µ0+ RTlnC [cA] Δ µ= RTln [cB] Kémiai potenciál (leegyszerűsítve): Elektromosan semleges anyagokra értendő Parciális moláris szabadentalpia: megadja a teljes rendszer energiájának a változását, ha ebből az anyagból 1 mólt hozzáadunk a rendszerhez Az abszolút értéke nem ismert, a megváltozását tudjuk mérni Ha egy rendszerben potenciálkülönbség alakul ki, akkor kémiai potenciálkülönbség keletkezik Jele: µ ‘A’ térrész ‘B’ térrész µ= µ0+ RTlnC [cA] Δ µ= RTln [cB] µA > µB

A diffúzió hatékonysága a távolság függvényében

A membrán csak K+-ra permeábilis 20 Cl- 0 K+ 0 Cl- K+ Cl- K+ Cl- K+ Cl- K+ Cl- Kémiai (K+) K+ Cl- K+ Cl- K+ Cl- K+ Cl- K+ Cl- K+ Cl- K+ Cl- K+ Cl- A membrán csak K+-ra permeábilis K+ Cl- K+ Cl- Kémiai (Cl-) K+ Cl- K+ Cl- K+ Cl- K+ Cl- K+ Cl- K+ Cl- K+ Cl- 20 Cl- 0 Cl- 14 K+ 6 K+ Kémiai - 20 mV Elektromos - +

- + - + Δ µ= RTlg [cA] [cB] + zF(EA-EB) 0= RTlg [cA] [cB] + zF(EA-EB) Kémiai A két oldalon a koncentrációk nem egyenlőek Cl- Cl- K+ K+ - + A két térrész között feszültségkülönbség mérhető Cl- K+ Cl- K+ Cl- Egyensúlyban a kémiai hajtóerő és az elektromos hajtóerő egyenlő nagyságú, és ellentétes irányú K+ - + Elektromos Δ µ= RTlg [cA] [cB] + zF(EA-EB) Elektrokémiai potenciál Kémiai Elektromos 0= RTlg [cA] [cB] + zF(EA-EB) Egyensúlyban zérus

- + - + [cA] EA-EB= -RT lg [cB] zF [XA] EX= -60mV lg [XB] Kémiai EGYENSÚLY VAN, DE A két oldalon a koncentrációk nem egyenlőek Cl- Cl- K+ K+ - + A két térrész között feszültségkülönbség mérhető Cl- K+ Cl- K+ Cl- Egyensúlyban a kémiai hajtóerő és az elektromos hajtóerő egyenlő nagyságú, és ellentétes irányú K+ - + Elektromos [cA] EA-EB= -RT lg Elektrokémiai potenciál [cB] zF [XA] Nernst-egyenlet, Egyértékű kationra EX= -60mV lg [XB]

[XA] EX= -60mV lg [XB] [5] EK= -60mV lg [133] EK= - 85 mV A szívizomsejt extracelluláris oldalán 5 mM, az intracelluláris térben 133 mM K+ van EX= -60mV lg [XB] [5] EK= -60mV lg [133] Mivel a nyugalmi membránpotenciál -80 mV körüli értéken van, a Nernst-egyenlet alapján sejthető hogy a nyugalmi membránpotenciál értékét elsősorban a K-koncentrációkülönbség határozza meg. EK= - 85 mV A Nernst-egyenlet megadja, hogy egy adott ion ismert külső és belső koncentrációk mellett mekkora feszültség mellett kerül egyensúlyba

Donnan-egyensúly K+ K+ K+ K+ [K]A x [Cl]A = [K]B x [Cl]B K+ K+ K+ K+ Nyomásokra nem áll fenn az egyensúly! Ozmotikus potenciál keletkezik! A- A- A- A- Cl- Cl- Cl- Cl- A- A- A- A- Cl- Cl- Cl- Cl- A Donnan-egyensúly minden esetben ~ - 17 mV K+ > K+ Cl- < Cl- Negatív Pozitív

A Donnan-egyensúly nem magyarázza a membránpotenciál kialakulását 17 mV versus – 80 mV Egy élő sejtben a Na/K pumpa folyamatos aktivitása megakadályozza a Donnan egyensúly kialakulását A Donnan-egyensúly a halott sejt membránpotenciálja!

Nyugalmi membránpotenciál kialakulása A sejtmembrán elektromosan szigetel, és ioncsatornák révén a rajta keresztül megvalósuló ionmozgás szabályozhat Az eltérő ionmegoszlás miatt potenciálkülönbség alakul ki, a belső oldal megegyezés szerint negatív Eközben makroszinten mind a két tér elektroneutrális marad Nyugalmi membránpotenciált fenntartó tényezők Egyenlőtlen ioneloszlás Szelektív permeábilitás Na/K pumpa működése Donnan-potenciál A szervezet összes élő sejtje rendelkezik valamekkora nyugalmi membránpotenciállal

- + [X+]A [X+]B [X+]A [X+]B A&B: Egyenlőtlen ionmegoszlás + szelektív permeábilitás Egyenlőtlen ionmegoszlás + szemipermeábilis membrán = egyensúlyi potenciál kialakulásához vezet - A nyugalmi memb.pot. kialakuláshoz a K egyenlőtlen megoszlása a fontos EX=-RT lg [X+]A [X+]B zF ~ -90 mV Egy jól alkalmazható forma: 135 mM KCl 5 mM KCl [X+]A EX=-60mV lg - + [X+]B R: egyetemes gázállandó: 8,31 J/mol/K T: abszolút hőmérséklet (K) Z: ion vegyértéke (K+ = 1) F: Faraday állandó 96500 C/mol E(K)= -90 mV E(Na) = +70 mV E(Ca) = +120 mV

C) Na/K pumpa Működése elektrogén: 3 Na+ ki, 2 K+ be (nettó 1 + töltés ki, tehát negatív irányba viszi a Em-et) Csak 10-20 mV-al járul hozzá közvetlenül a membránpotenciálhoz Azonban biztosítja az egyenlőtlen Na és K koncentrációkat, így, nagy szerepe van a membránpotenciál fenntartásában Teljes gátlása az élettel összeegyeztethetetlen, mégis bizonyos gyógyszerek pont ezt a pumpát gátolják (pl. digoxin, digitoxin)

D) Donnan-potenciál A nagyméretű, impermeábilis anionok (fehérjék) révén kialakuló potenciál A Donnan-potenciál kb. 15 mV potenciálkülönbséget eredményez, tehát a nyugalmi membránpotenciál szempontjából nincs túl nagy jelentősége A Donnan-potenciál a halott sejt membránpotenciálja

Gliasejtekben, és a szív Purkinje sejtjein a nyugalmi membránpotenciál közel egyenlő a K-equilibrium potenciálllal = A sejt nyugalomban gyakorlatilag csak K-ra permeábilis. Idegsejtekben a nyugalmi membránpotenciál kissé pozitívabb mint a K-egyensúlyi potenciál = a sejt nyugalmi Na konduktanciával is rendelkezik Szinusz-csomóban és AV-csomóban nincs stabil nyugalmi potenciál Sejttípus Nyug.memb.pot. Belső fül szőrsejt -15 to -40mV Vázizomsejt −95 mV Símaizomsejt –60 mV Astroglia –80 to –90 mV Idegsejtek –60 to –70 mV Eritrocita –8.4 mV Chondorcita -8 mV Aorta símaizom sejt -45 mV Szívizomsejt -80 mV Fotoreceptor sejt –40 mV

Mi a célja a nyugalmi membránpotenciálnak? Neuronokban az akciós potenciál kialakulás és így az ingerületvezetés alapja Simaizomsejtben, vázizomsejtben az akciós potenciál kialakulás és így a kontrakció alapja Szívizomsejtben az akciós potenciál és így a kontrakció, és az ingerületvezetés alapja Egyéb sejtekben a másodlagosan aktív transzport folyamatokban (pl.: glukóz/Na kotranszporter A sejtek energiaigényének közel 40%-a az egyenlőtlen ioneloszlás fenntartására fordítódik A Na/K pumpa gátlása a nyugalmi membránpotenciál megszűnését, és a sejt halálát jelenti Nyugalmi membránpotenciál nélkül nincs ingerületvezetés, szívműködés…

A nyugalmi membránpotenciál megváltozása Környezeti ingerek (fény, hang, szag, mechanikus, termikus…stb) A nyugalmi membránpotenciál értéke megváltozik Ligandok (neurotranszmitterek, szignál molekulák, ionok, stb), feszültségváltozás Lokális potenciálváltozás történik (elektrotónusos potenciál) Még negatívabbá válik (hiperpolarizáció) Megszűnik Pozitívabbá válik (depolarizáció) Tovaterjed, újabb AP-t vált ki Akciós potenciál keletkezik

X Elektrotónusos potenciálváltozások + + + + + + + + + + + + + + + + + Ligand-aktivált Na-csatorna + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Axon Ligand-aktivált Na-csatorna Negatív töltés - X - + + Axon + + + + + + + + Pozitív töltés + + + + + + + + + + + + + + + + + +

A potenciálváltozás a kiváltás helyétől számítva rövid távol lecseng Na-csatorna Axon + - A potenciálváltozás a kiváltás helyétől számítva rövid távol lecseng OKA: 1.: A potenciálváltozás nem képes újabb ioncsatornákat bevonni a folyamatban 2.: A Na/K pumpa folyamatosan a nyugalmi membránpotenciálra jellemző töltés helyreállítására törekszik Időkonstans: Az az idő, amely alatt a potenciálváltozás az eredeti 37%-ra csökkent Térkonstans: Az a távolság amely alatt a potenciálváltozás az eredeti 37%-ra csökken

Minél nagyobb a stimulus, annál nagyobb a kiváltott potenciál, nincs küszöbpotenciál Lehet depolarizáció, vagy hiperpolarizáció Az egyes potenciálváltozások összeadódnak, vagy gyengítik egymást (térbeli és időbeli szummáció) Nem gátolható Nincs refrakter periódus Ha eléri a küszöbpotenciált akciós potenciált vált ki Nincs feszültségfüggő csatorna megnyílás

Élettanilag fontos! Excitatórikus posztszinaptikus potenciál (EPSP) Inhibitoros posztszinaptikus potenciál (IPSP) Retinában fényinger hatására Funkciója a jeltovábbítás, sejtek közötti kommunikáció, de csak rövid távon hatékony! Hosszabb távon akciós potenciál kiváltása szükséges

Akciós potenciálok Az ingerlékeny sejtek membránja megfelelő nagyságú ingerre sajátos potenciálváltozással reagál, amit akciós potenciálnak nevezünk Az akciós potenciálok morfológiája az adott szövetre jellemző és azon belül is változik Funkciója: Idegsejtekben az ingerület gyors továbbítása Vázizom & Simaizomban a kontrakció létrehozása Szívizomban: az ingerület továbbítása + kontrakció biztosítása

Az egyes akciós potenciálok eltérő morfológiát mutatnak egy adott szerven belül is Ebből az következik, hogy az akcióst potenciált létrehozó ioncsatornák nagymértékben különböznek az egyes régiókban Ennek komoly funkcionális jelentősége van!

Akciós potenciálok szakaszai Depolarizációs fázis: Az AP kezdeti fázisa. Minden akciós potenciálnak van. Létrehozó ionáram általában Na+ áram. (Szinusz-csomóban, AV-csomóban Ca2+) Repolarizáció: Az AP visszatér a kiindulási értékre. Minden akciós potenciálnak van. A létrehozó áram valamilyen K+ áram Platófázis: Csak a szívizomban van, ott sem minden esetben. Kamrai, pitvari, Purkinje sejtekben. Ca2+ áram tartja fenn, a kontrakciós folyamatot hozza létre a Ca2+ belépés Dep. Rep. Plat. Nyugalmi membránpotenciál: Két akciós potenciál közötti izoelektromos szakasz. A legtöbb AP-nél van, kivéve a szinusz csomót, AV-csomót, és a szívizom Purkinje sejtjeit

Konduktancia viszonyok az akciós potenciál alatt -80 mV -90 mV (Em) (EK) +30 mV +70 mV (ENa) 40 mV 150 mV 120 mV 10 mV 1. Van-e hajtóerő az akciós potenciál minden pontján a Na és K-nak? 2. Hol várhatunk legnagyobb részecskeáramlást a Na és K esetében? 3. Hol jön létre ténylegesen részecskeáramlás?

Goldmann-Hodgkin-Katz egyenlet A Nernst egyenlet megadja egy ion egyensúlyi potenciálját, adott külső és belső ionszintek mellett, állandó membrán permeábilitás mellett Több ion együttes jelenléte, illetve változó permeábilitás esetén a GHK-egyenletet használjuk Em=-RT lg F PK[K+]out+PNa[Na+]out+PCl[Cl-]in PK[K+]in+PNa[Na+]in+PCl[Cl-]out

Nernst egyenlet vs. GHK-egyenlet Csak egy diffúzibilis ion van a rendszerben Több diffúzibilis ion is lehet a rendszerben Figyelemben veszi az adott csatorna aktuális permeábilitását Nem számol az ioncsatornák változó permeábilitásával Az akciós potenciál pillanatnyi értékének számítására nem alkalmazható (max. nyugalmi pot. alatt) Akciós potenciál minden pillanatában alkalmazható

Akciós potenciálok típusai I. Idegrost akciós potenciál Nyugalmi membránpotenciál: ~ 70 mV Időtartam: ~ 1-2 ms Amplitúdó: 100-110 mV Túllövés: 30-35 mV Utópotenciál: hiperpolarizáció Ioncsatornák: gyors, feszültségfüggő Na-csatorna, lassú feszültségfüggő K-csatornák A refrakter szak nagyon rövid, ezért tetanizálható

Akciós potenciálok típusai II. Vázizom akciós potenciál Nyugalmi membránpotenciál: ~ 90 mV Időtartam: ~ 2-3 ms Amplitúdó: 110-120 mV Túllövés: 20-25 mV Utópotenciál: Depolarizáció Ioncsatornák: gyors, feszültségfüggő Na-csatorna, lassú feszültségfüggő K-csatornák

Akciós potenciálok típusai III. Simaizom akciós potenciál Rendkívül változatos morfológia Nyugalmi membránpotenciál: ~ -50 és -60 mV ha vanIdőtartam: ~ 50-300 ms Amplitúdó: 60-70 mV Túllövés: alig van Utópotenciál: (Depolarizáció) Ioncsatornák: döntően lassú Ca2+, lassú feszültségfüggő K-csatornák, oszcilláló háttér K-konduktancia (lassú hullám)

Akciós potenciálok típusai IV. Szívizom lassú akciós potenciál Szinusz-csomó, AV-csomó Nyugalmi membránpotenciál: Nincs (legnegatívabb pont kb -50 mV) Időtartam: 250-350 ms Amplitúdó: 50-60 mV Túllövés: Alig van Utópotenciál: Nincs Ioncsatornák: Depolarizáció Ca2+ áram révén jön létre, nincs gyors feszültségfüggő Na+ áram

Akciós potenciálok típusai IV. Szívizom lassú akciós potenciál Pitvar, kamra, Purkinje Nyugalmi membránpotenciál: -70 -90 mV Időtartam: 250-350 ms Amplitúdó: 105-130 mV Túllövés: 20-30 mV Utópotenciál: Nincs Ioncsatornák: Gyors feszültségfüggő Na-áram, lassú Ca2+ áram, lassú K+-áramok

Elektrotónusos Potenciál Akciós Potenciál A küszöbpotenciált meghaladó inger mindig depolarizációt vált ki A stimulustól függően lehet depolarizáció vagy hiperpolarizáció. Nincs küszöbpotenciál Az amplitúdó mident-vagy-semmit jelenség. Ha kiváltódik mindig maximális nagyságú. Nagysága az ioncsatornák tulajdonságaitól (Na, Ca) függ Az amplitúdó a stimulussal arányos Az amplitúdó általában néhány milivolt. Ált. < 10-20 mV Az amplitúdó szövettípustól függő de általában jóval nagyobb, akár 120 mV is lehet A kiváltása általában ligand-aktivált, mechanoszenzitív, termoszenzitív ioncsatornáktól függ A kiváltása Na vagy Ca csatornáktól függ Nincs refrakter periódus Abszolút illetve relatív refrakter periódus van Térbeli és időbeli szummációt mutat Szummáció nem lehetésges a mindent-vagy-semmit jelenség miatt, illetve a refrakteritás miatt Dekrementummal terjed (az idő és távolság függvényében csökken majd megszűnik) Dekrementummal nélkül terjed (az idő és távolság nem befolyásolja az AP-t)

II. Ioncsatornák általános tulajdonságai

Membrántranszport folyamatok felosztása (energiaigény alapján) Aktív Passzív Na/KATPáz SERCA PMCA Egyszerű diffúzió Carrierek Ioncsatornák Víztranszport Aquaporinok O2, CO2 Uniport Antiport Szimport Glükóz/Na Glükóz NCX NHE

Ioncsatorna „definíciója” Protein ( vagy protein komplex), mely a sejt-, vagy sejtorganellum membránban pórusként működik és lehetővé teszi (facilitálja) ionok szelektív transzportját. Aktiválódása következtében transzmembrán elektromos áram generálódik, amely lehet befele mutató („inward”) vagy kifele mutató („outward”).

Ioncsatornák felosztása Feszültségaktivált ioncsatornák INa, ICaL, ICaT, IKr, IKs, IK1…stb Extracelluláris ligandaktivált ioncsatornák 1. Ionotrop receptor közvetítésével Ezeknél a receptor része az ioncsatornának, és a ligandkötés allosztérikusan szabályozza az ioncsatorna működését nACh, AMPA, GABA, NMDA (szívben nemigen van ilyen) 2. Metabotrop receptor közvetítésével Metabotrop receptorok képesek ioncsatornákat modulálni, ált. G-proteineken keresztül IK(ACh), ICl(PKA) Intacelluláris ligandaktivált ioncsatornák ICl(Ca), IK(Ca)

Ioncsatornák felosztása Mechanoszenzitív ioncsatornák ICl(stretch) Fényenergia-aktivált

Egy ioncsatorna elvi struktúrája 1 – csatorna domain-ek (tipikusan csatornánként négy) 2 – outer vestibule 3 – a „selectivity filter” 4 – a „selectivity filter” átmérője 5 – foszforilációs hely 6 – sejt membrán A legtipikusabb csatorna-pórus legszűkebb pontján csak egy-két atomnyi széles és szelektív a rá specifikus ionra (pl. Na+, H+, K+). Ugyanakkor jónéhány ion csatorna több – azonos előjelű töltéssel rendelkező – ion számára is permeábilis lehet (azaz kation vagy anion szelektív).

DEPOLARIÁZIÓT hoz létre (a membránpotenciál pozitívabbá válik) Az ionáram iránya + Extracelluláris oldal Ha a pozitív töltés kintről befelé, vagy a negatív töltés bentről kifelé megy az áram iránya befelé irányuló, azaz INWARD mert - Intracelluláris oldal DEPOLARIÁZIÓT hoz létre (a membránpotenciál pozitívabbá válik)

REPOLARIZÁCIÓT hoz létre (a membránpotenciál negatívabbá válik) Az ionáram iránya Extracelluláris oldal - Ha a pozitív töltés bentről kifelé, vagy a negatív töltés kintről befelé megy az áram iránya kifelé irányuló, azaz OUTWARD mert Intracelluláris oldal + REPOLARIZÁCIÓT hoz létre (a membránpotenciál negatívabbá válik)

Ohm-törvény, Driving force Az Ohm-törvény az áram, a feszültség, és az ellenállás kapcsolatát írja le, amely ioncsatornák működésére is igaz I= áram U= feszültség R= ellenállás U I= R Ioncsatorna esetében inkább konduktanciáról (g)-ról beszélünk, ami az ellenállás reciproka 1 Ha g = 0, a csatorna zárt Ha g = 1, a csatorna nyitott U*g g= I= R

Vagyis az ioncsatornán átfolyó áram annál nagyobb, minél nagyobb a feszültség(különbség), és minél jobban vezet a csatorna I= U*g A feszültségkülönbség egy adott ion esetében az adott ion Nernst-potenciáljának (Eion), és az aktuális membránpotenciálnak a különbsége (Em) U=Em-Eion I= g*(Em-Eion)

! Ez az egyenlet az Ohm-törvény alkalmazása ioncsatornákra g*(Em-Eion) (Em-Eion) = az adott ionra, az adott pillanatban jellemző hajtóerő (driving force).

Alkalmazás I= g*(Em-Eion) +70 mV (ENa) DF: kb. 40-60 mV Hajtóerő (DF) az egész AP alatt van a Na ionoknak +30 mV (Em) DF: kb. 150 mV -80 mV (Em) 1 Konduktancia I= g*(Em-Eion) Na-áram

Áram-feszültség karakterisztika (I-V) Ohmikus függvény Az áram változása mindig arányos a feszültségváltozással 20 pA 10 pA -80 mV -10 pA Egy ioncsatornán átfolyó ionáram ettől mindig eltér valamilyen mértékben. Az ioncsatornák ionárama nem ohmikus -20 pA

Áram-feszültség karakterisztika (I-V) Egy Kálium csatorna áram-feszültség karakterisztikája 0 mV-nál is lehet ionáram, ioncsatornától függően 20 pA 10 pA Outward áram -80 mV Az áram változások nem arányosak a feszültségváltozással -10 pA Az áram nem 0 mV-nál metszi az x-tengelyt hanem az adott ioncsatárna jellemző ún. fordulási potenciálnál (reverzál potenciál) -20 pA Inward áram OKA: Az ioncsatorna feszültség függő nyílása-záródása

Reverzál potenciál Reverzál potenciál = fordulási potenciál, ahol az áram iránya megfordul Na+-csatorna K+-csatorna (IK1) +70 mV -90 mV Az ioncsatorna reverzál potenciálja közel van az adott ion Nernst potenciáljával de ritkán egyenlő azzal!!! A legtöbb ioncsatorna esetében az áramfordulás nem következik be, mert nem fiziológás membránpotenciál tartományban található (de van kivétel)

(egyensúlyi potenciál) Reverzál potenciál Nernst-potenciál (egyensúlyi potenciál) Reverzál potenciál (fordulási potenciál) Egy adott ionra vonatkozik (pl. K-egyensúlyi potenciál) Egy konkrét ioncsatornára vonatkozik (pl.: Ach-függő K-csatorna) Az értékét a Nernst egyenletből számítással kapjuk meg Nem lehet kiszámolni! Az értékét méréssel kapjuk meg Mindig csak egy iont vesz figyelembe A reverzál potenciál aktuális értékét az összes csatornán áthaladó iontípus meghatározza Minél jobban eltér a reverzál potenciál az adott ion egyensúlyi potenciáljától, a csatorna annál kevésbé szelektív

Rektifikáció (egyenirányítás) Magyarul egyenirányításnak fordítják, de ez nagyon megtévesztő Definíció: Az ionáramlás az egyik irányba kedvezményezett! (nem azt jelenti hogy csak az egyik irányba van ionáramlás!) Inward rektifikáció: A csatorna mindkét irányba vezet, de inward irányba ugyanakkora feszültségugrásra nagyobb áramváltozás történik. Outward: A csatorna mindkét irányba vezet, de inward irányba ugyanakkora feszültségugrásra nagyobb áramváltozás történik. Nem feltétlenül a kedvezményezett irányú áram a fontos élettani szempontból!!!

Szelektív permeábilitás A legtöbb ioncsatorna rendelkezik bizonyos fokú szelektivitással Az ionokat az oldatban hidrátburok veszi körül → stabilitás A szelektivitási régiója a csatornának túl szűk, a hidrátburoknak le kell válnia

Szelektív permeábilitás A szelektivitási pórusban egymást követő K+ ionok között taszító kölcsönhatás lép fel Ez a taszítás ellensúlyozza az amúgy erős vonzó kapcsolatot a K+ ion, és szelektivitási pórus atomjai között Gyors átjutás a csatornán A szelektivitási filterben tehát úgy helyezkednek el az oxigén atomok, hogy az egész geometriája a K+-nak ideális

Szelektív permeábilitás Ahogy egy K+ ion eléri a szelektivitási filtert, dehidratálódik, és kölcsönhatásba lép 4 db treonin hidroxil csoporttal, ahol kötődik az oxigén atommal. Továbbá körülveszi még 8 db oxigén atom, amely „utánozza” az oxigén atomok elhelyezkedését, hidratált állapotban → stabil állapot Miután átjutott a szelektivitási póruson, újra hidratálódik az ion Vagyis az adott ion átjutását, nemcsak az ion mérete, hidratációs energiája, és a szelektivitási pórus szerkezete határozza meg. Ezért van az hogy azon a csatornán amelyen a K+ átmegy, egy kisebb ion, mint pl. a Na+ már nem megy át Permeábilitási hányados!

Csatorna „kapuzás” A kapuzás teszi lehetővé, hogy a csatorna az AP meghatárott részén szállítson áramot Két kapus mechanizmus, aktivációs és inaktivációs kapu Feszültségszenzor az alfa-alegység S4 szegmenségben, pozitívan töltött Arg-aminosavak Aktív állapot Inaktív állapot Recovery Nyugalmi állapot Nyugalmi állapot Aktivációs kapu Inaktivációs kapu

Molekuláris biológia Osztályozás α-alegység szerint: 6TM-1P: 6 tr.membrán hélix, 1 pórus Ez tetramert alkotva áll össze α-alegységgé (Na, Ca-csatorna, több K-csatorna: IKr, IKs, IKur 2TM-1P: 2 tr.membrán hélix, 1 pórus IK1, IK(ATP), IK(ACh) 4TM-2P: 4 tr.membrán hélix, 2 pórus TASK, TWIK, TREK, THIK (kismértékű feszültségfüggés)

Az ingerületvezetés alapjai Az ingerületvezetés alapjai a Na és Ca-csatornák Ideg Szív Gyors Na-csatornák megnyílásával jön létre Munkaizomrostban, Purkinje rostokban gyors Na -áram Folyamatos ingerületvezetés Szaltatorikus ingerületvezeté AV-csomóban lassú Ca-áram Ingerületvezetés szempontjából syntitiumot képez

Folyamatos ingerületvezetés Egy irányba terjed, „mögötte” refrakter szakaszban van a membrán Az ingerületvezetés sebessége lassú, az átmérővel növekszik (1 m/s) Az ingerületvezetés során folyamatosan akciós potenciálok képződnek Egyes fájdalomérző rostok, és a vegetatív rostok nagy része

Szaltatórikus ingerületvezetés A mielinhüvely ellenállása nagy, szigetelésként funkcionál Na-csatorna megnyílás csak a Ranvier-féle befűződéseknél van A mielinhüvely alatt elektrotónusosan terjed az ingerület Gyorsabb mert energetikailag kedvezőbb (>100 m/s)

Idegrostok osztályozása vezetési sebesség alapján Velőhüvelyes rostok Aα 15 70–120 Vázizom motoros rostok, izomorsók primer végződései, Golgi-ínorsók afferensei Aβ 8 30–70 Izomorsók szekuder végződései, érintési és nyomási afferensek Aγ 5 15–30 Izomorsók efferensei („γ-efferensek”) Aδ < 3 12–30 Nyomási és fájdalmi afferensek B 3 3–15 Vegetatív preganglionáris rostok Velőtlen rostok C < 1 0,5–2 Vegetatív posztganglionáris rostok, fájdalmi afferensek

Ingerületvezetés szívben Az ingerületvezetés mechanizmusa minden esetben a folyamatos vezetés Pitvar, kamra, Purkinje, His-köteg-ben gyors Na-csatorna biztosítja AV-csomó: Ca-csatorna, itt a vezetés lelassul Cél: a két pitvar összehangolt kontrakciója, majd a utána, a kamrák összehangolt kontrakciója A pitvari és kamrai munkaizomzat funkcionális szincíciumot alkot!