Bevezetés

Dr. Détári László tanszékvezető egyetemi tanár 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: detarineu@ludens.elte.hu homepage: http:\\detari.web.elte.hu

Számonkérés előadás heti 3 óra vizsgához forrás: 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

Az élettan alaptémái struktúra és funkció egysége 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  Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 1-4.

sejtélettan vér + keringés légzés kiválasztás emésztés endokrin szab. 6/20 sejtélettan membránok potenciálok kommunikáció izomműködés vér + keringés légzés kiválasztás emésztés endokrin szab. nemi működés érzékszervek mozgató mük. hipotalamusz integratív funkciók

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 Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 4-2.

Lipid komponensek I. foszfolipidek Alberts et al.: Molecular biology of the cell, Garland Inc., N.Y., London 1989, Fig. 12-21. 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 Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 4-3. Alberts et al.: Molecular biology of the cell, Garland Inc., N.Y., London 1989, Fig. 6-9.

Lipid komponensek II. glikolipidek szteránvázasok csak külső oldalon  Darnell et al., Scientific American Books, N.Y., 1986, Fig. 14-32 Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 4-4. 10/20 Lipid komponensek II. Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 4-7. 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%  Alberts et al.: Molecular biology of the cell, Garland Inc., N.Y., London 1989, Fig. 6-13. Darnell et al., Scientific American Books, N.Y., 1986, Fig. 3-79 Alberts et al.: Molecular biology of the cell, Garland Inc., N.Y., London 1989, Fig. 6-11.

11/20 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, adenil-cikláz, stb.)

A membrán mint barrier gátat jelent az anyagáramlásnak 12/20 A membrán mint barrier Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 4-18. 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

Diffúzió I. J = -D*A*dc/dx 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  - 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

Diffúzió II. gömbölyű molekulákra (Stokes-Einstein): D = kT / (6r) 14/20 gömbölyű molekulákra (Stokes-Einstein): D = kT / (6r) 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

Ozmózis I. tulajdonképpen a víz diffúziója 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:  = 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

Alberts et al. : Molecular biology of the cell, Garland Inc. , N. Y Alberts et al.: Molecular biology of the cell, Garland Inc., N.Y., London 1989, Fig. 6-58. Ioncsatornák 17/20 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  Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 5-28. Alberts et al.: Molecular biology of the cell, Garland Inc., N.Y., London 1989, Fig. 6-64. Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 4-30.

Átjutás szállító molekulával I. 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) Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 4-23.

Átjutás szállító molekulával II. Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 4-25. 19/20 Átjutás szállító molekulával II. Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 4-40. 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  Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 4-25. Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 4-24.

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 Alberts et al.: Molecular biology of the cell, Garland Inc., N.Y., London 1989, Fig. 6-68. Alberts et al.: Molecular biology of the cell, Garland Inc., N.Y., London 1989, Fig. 6-65. Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 4-31.

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.

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.

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

AB0 vércsoportok Darnell et al., Scientific American Books, N.Y., 1986, Fig. 3-79 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.

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.

Koleszterin a membránban Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 4-7.

Hidrofóbicitás a glycophorin leírását lásd Alberts et al 291. old.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.