Ferenci Tamás weboldalamedstat.hu/anyagok/ElettanJegyzet1.pdf · 2014. 10. 17. · Created Date: 10/17/2014 9:38:21 AM

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, demég 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, nembeszélve arról, hogy az egész könyvnek csak a töredéke – de talán még így sem teljesenhaszontalan.Bármilyen hibajelzést, továbbfejlesztési javaslatot, vagy általában megjegyzést a jegy-

zettel 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, tápanya-gok bevitele, végtermékek eltávolítása, stb.)

Szabályozás– Például: CO2 ↔ légzés, baroreceptorok ↔ vérnyomás

– Jellemzők: legtöbbször negatív feedback (a kiváltó hatás gyengítése irányában hat)

– „Gain = CorrectionError ” (pl. 100 mmHg artériás középnyomásnál (MAP) transzfúzió;végén a MAP 175 helyett csak 125 mmHg, ekkor Gain = −5025 = −2; termoregulációsokkal jobb: GT ≈ −30 . . .− 40)

– Pozitív feedback sokszor veszélyes↪→ circulus vicius (pl. vérvesztés → szívkoszorúér-keringés romlása → szív pum-

pafunkciójának további romlása → coronaria keringés tovább romlik → és ígytovább. . . )

↪→ 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 sejthártyaválasztja el

– Fő felépítő anyagok↪→ víz: zsírsejtek kivételével minden sejtben, 70-85%↪→ ionok: K+, Mg2+, PO3−4 , SO

2−4 , CO

2−3 (legfontosabbak)

Na+, Cl−, Ca2+ (kisebb mennyiségben)↪→ fehérjék: 10-20%↪→ lipidek↪→ szénhidrátok

Fizikai struktúra, szerveződés– Sejthártya

↪→ 7,5-10 nm vastag↪→ alapstruktúra: lipoid kettősréteg (bilayer) → hidrofób farki résszel szembefor-

dult 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

Élettan vázlatokUNIT I – Chapter 2

SzerkesztetteFerenci Tamás

• 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: fehér-jemolekulák 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 tápanya-

gok, nemkívánatos anyagok, pl. baktériumok)• 250-750 nm átmérőjű• belül 5-8 nm átmérőjű granulák, melyek akár 40 különféle bontóenzimbőlépülnek fel → ezek végzik az emésztést• membrán határolja, sérülése esetén önemésztés indulhat meg

↪→ peroxiszómák: hidrogén-peroxid képző és egyéb lebontó enzimek, pl. alkoholdetoxikálása

↪→ mitokondriumok: sejtek „energiaforrásai” → a tápanyagokból adenozin-tri-foszfátot (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



↪→ 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 cytop-

lasmába↪→ 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 fordí-

tottja) 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



• az ER-ban szintetizált anyagok további feldolgozása• vezikulumok az ER-ból a Golgi-apparátusba; onnan vezikulumok a külvi-

lágba (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 közöttpedig 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 tartoznaktriplettek

– 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 beépítéssorrendjére 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 (mindegyikmás fázisban tart), akár 3. . . 10 riboszóma is egyszerre → ezek az egységek apoliriboszómák

↪→ 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-ekáltal odaszállított aminosavak között (melyek az mRNS szerinti sorrendbenfognak 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%-ábanosztódások 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 lépfel 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 sejtbelső tartalma kiszabadulhat, károsodást okozva a környezetben, pl. gyulladáshozvezehet (apoptózisnál nincs ilyen)

– Egészséges esetben az apoptózis és a sejtek létrejötte egyensúlyban van

Rák– Szinte mindig mutáció, vagy sejtosztódásért felelős gén más módon történő aktivá-

ciója 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 megnövelipl. ionizáló sugárzás, bizonyos vegyianyagok, fizikai irritáció, öröklött tendenciastb.

– A rákos sejtek kontroll nélkül nőnek; kisebb adhéziójuk miatt könnyen leszakadnakés (a véráramba kerülve) máshol kezdhetnek el szaporodni

– Megölik a többi, nem korlátlanul osztódó sejtet, mert ugyanazokért a tápanyagokértkompetálnak → a rákos sejtek fognak győzni

12

II. rész

Elektrofiziológia, az ideg- ésizomműködés 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 koncent-

ráció → nagy koncentráció) mozgat anyagot, így energiaforrást igényel

Diffúzió– Spontán hőmozgás, molekulák egymással ütközése energiaátadással → a molekulákvéletlenszerűen „pattognak” a gázokban és folyadékokban → diffúzió

– Sejthártyán keresztüli diffúzió formái↪→ egyszerű diffúzió: hőmozgás miatti diffúzió (karrier fehérje nem játszik szere-

pet)

14

Élettan vázlatokUNIT II – Chapter 4


• közvetlenül a kettősrétegen át: zsíroldékonyság a meghatározó (O2-re,N2-re, CO2-ra, alkoholokra jó → könnyen átjutnak, zsíroldékonysággalarányosan → 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+-otvonzza)• 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/csukjaa 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 kettőközött feszültségeken a megfelelő frekvenciával folyamatosan nyit és csuk)

↪→ ionáramok kimérés (akár egyetlen csatornára is): patch-clamp technika (µm-essejthártyadarabka 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 ottleszakad

↪→ ez csak olyan gyorsan történhet, amilyen gyorsan a karrier fehérje „kapcsol-gatni” tud → míg az egyszerű diffúzió sebessége a koncentrációkülönbséggelegyenesen arányos, adddig a facilitált diffúzió sebessége egy adott sebességnélbetelít

↪→ 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



– 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 nemtart; ekkor e.m.e [mV]=±61 log c1c2 egy vegyértékű ionokra, e.m.e=elektromo-toros erő; ez a Nernst-egyenlet egy formája)

↪→ nyomáskülönbség (kapillárisok membránján akár 20 mmHg is lehet; diffúzióarányos 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 igyekszikhígitani az NaCl oldatot

↪→ ahogy áramlik be a víz, bent megnő a nyomás, és egy ponton (az ún. ozmotikusnyomásnál) ez épp ellentart a beáramlásnak

↪→ az ozmotikus nyomás az oldott molekulák darabszámától és nem a tömegétőlfügg

↪→ ezt fejezi ki az osmole (Osm): anyagmennyiség szorozva azzal, hogy hánymolekulára disszociál egy molekula. Molalitás = oldott anyag anyagmennyisége/ oldószer tömege; végül osmolalitás: ugyanet, csak oldott anyag Osm-ban. ICés 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 ozmotikusnyomás (valójában csak 550 mmHg, mert sok ion, pl. Na+ és Cl− kötődikegymáshoz és nem mozognak teljesen szabadon)

↪→ ozmolalitás helyett használatos az ozmolaritás is (oldott anyag anyagmennyi-sége / oldat térfogata); az ozmotikus nyomást az ozmolalitás határozza meg,de az ozmolaritást könnyebb mérni, és híg oldatokban (pl. emberben) a kettőjó közelítéssel egyezik

Aktív transzport

↪→ Néha kell: nagy koncentráció IC-ben, miközben EC-ben kevés (pl. K+), vagyfordítva (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 nagyenergiájú foszfát-kötés• szekunder (másodlagos) aktív transzport: energiaforrás primer aktívtranszporttal létrehozott koncentrációkülönbség

↪→ Primer aktív transzport: a Na+-K+ pumpa• a sejt Na és K koncentrációjának beállításáért felel, és a sejten belülinegatív potenciált hozza létre• a karrier fehérje egy nagyobb α- és egy kisebb β részegysségből áll• a kisebb részegység funkciója ismeretlen, talán a sejthártyához rögzítéstszolgálja• 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 alakítvaa 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+ pumpaműködtetésére 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 c1c2↪→ Szekunder aktív transzport

17



• Na+-ot sejten kívülre viszi a primer aktív transzport → de vissza akarnakjönni → ebben energia raktározódik → ezt használja ki a szekunder aktívtranszport• miközben a Na+ visszajön a gradiens irányába, cserébe valami a gradienselszemben 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 elvégzia 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 transz-port)• 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 szembenlévőn egyszerű, vagy facilitált diffúzió zajlik.

18

5. fejezet

Membránpotenciál és akciós potenciál

– Elektromos potenciálkülönbségek szinte minden sejthártyánál vannak, szerepüksokrétű

Membránpotenciál alapjai– Példa: sejthártyán belül sok K+, kívül kevés. A hártya csak K+ számára átjárható→ a K+ megy kifelé (koncentrációkülönbség miatti elektrokémiai gradiens) ezértkint pozitívabb lesz a tér, bent negatívabb → egy ponton ez épp ellent fog tartania 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 potenciálkülönbségjöhet létre.

– A koncentrációkülönbség és a létrejövő feszültség között a Nernst-egyenlet tartja akapcsolatot:

e.m.e.[mV ] = ±61 · log cbentckint

– Ennek kiterjesztése több ionra, mindegyikre eltérően permeabilis sejthártyával, azélettan szempontjából jelentős esetben:

e.m.e.[mV ] = ±61 · log PNa+ [Na+]bent + PK+ [K+]bent + PCl− [Cl−]kint

PNa+ [Na+]kint + PK+ [K+]kint + PCl− [Cl−]bent

Goldman−Hodgkin−Katz − egyenlet

– A Na+, a K+ és a Cl− lényeges ideg- és izomsejtekben a membránpotenciál szem-pontjából↪→ a koncentrációjuk jelentőségét a membrán rájuk vett permeabilitása súlyozza↪→ a jeltovábbításban (a membránpotenciál változtatásában) PNa+ és PK+ válto-

zása 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 permea-

bilisabb, 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 140mM4mM = −94mV )↪→ csak a Na+ +61 mV-ot adna (−61 · log 14mM142mM ), de a kettő együtt -86 mV,

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+ → sejtpozitív irányba megy, ez a depolarizáció (gyakran túllövéssel nulla fölé, akár +35 mV-ig 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 kulcssze-repet

– 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. . . 5000-szeresére nő

↪→ a megnövekedett feszültség az inaktivációs kaput bezárja, de csak néhány tizedms késéssel (ez lassabb konformáció-változás) → pont elég AP létrejöttéhez

↪→ ha egyszer lezárt, az inaktivációs kapu csak akkor nyit újra, ha a membránpo-tenciál normalizálódik

– Feszültségfüggő K+ csatorna

20



↪→ 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 feszültsé-gét méri, egy másik áramot ad az IC térbe, hogy a feszültséget egy előre beállítottértéken 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, amembránpotenciál 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-reis lemehet→ K+ áramlik ki→ túllövéssel (utó-hiperpolarizálódással), de beálla 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 (pozitívionok 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 (hív-

ják ezért Ca2+-Na+-csatornának is), de 10-20-szor lassabban aktiválódik,mint a Na+-csatorna → ez az ún. lassú csatorna, a Na+ pedig a gyorscsatorna• szíviziomban és simaizomban jelentős (néhány utóbbiban az AP-ért isfelelős)

21



↪→ Ca2+ mennyisége a Na+-csatornákat aktiváló feszültség nagyságát is befolyá-solja → kevesebb Ca2+-nál könyebben nyílnak a Na+-csatornák, könyebbenjön létre AP → ingerelhetőbb az ideg. Ca2+ koncentráció felére csökkenésénélmár tetanizálódhat a beidegzett izom (légzőizom esetén ez halált is okozhat).Ok: a Ca2+ a Na+-csatorna fehérjéjének külső felére köt, és befolyásolja acsatornát 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 vissza-csatolású kör → AP indul

↪→ van egy minimális ingerszint, ami be tudja indítani a fenti lavinát (kell: belépőNa+ száma > kilépő K+), ennek értéke 15. . . 30 mV. Tehát kb. -65 mV-rakell emelni a membránpotenciált, hogy „berobbanjon” az AP, ez a kb. -65 mVaz ún küszöbfeszültség.

– Az AP terjedése↪→ egy ponton létrejövő AP általában (a szomszédos sejthártya területeket inge-

relve) tovaterjed↪→ középen ingerelve egy idegrostot, ott AP alakul ki, és a beáramló Na+ miatt

mindkét irányban ingerületbe jön a sejthártya → mindkét irányba tovaterjeda depolarizációs hullám. Ez az ún. ideg- (vagy izom-) impulzus.

↪→ „minden vagy semmi” elv: küszöb alatti ingerlésnél nincs válasz, a fölöttingerléstől 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 ideg-

rost 100 000. . . 50 millió impulzust tud továbbítani, mielőtt felborulni azionegyensúlya

↪→ 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 hőtermelődésselis 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



↪→ 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 aplatóért 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 hipokalcé-mia, 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 zárvatartani a Na+- (és Ca2+-) csatornákat

↪→ a beáramló Na+ és Ca2+ még jobban emeli a membránpotenciált → pozitívvisszacsatolás → AP

↪→ a repolarizáció után ms. . . s várakozás, majd újabb AP → miért van ez aszünet? → mert az AP végén megnő a K+ permeabilitás, ez túllövést okoz: amembrán a normálisnál negatívabb lesz az AP végén (utó-hiperpolarizáció)→ ennek meg kell szűnnie, mielőtt jönne a követező AP (membránpotenciálnakvissza 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 körbeölelikaz axont → a benne lévő sphingomyelin nevű lipid nagyon jó elektromosszigetelő

↪→ két Schwann-sejt között 2-3 mm-nyi szigeteletlen rész (itt lehetséges ionáram-lás), 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, velőhü-velyes)

– 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 ésvisszaállítani 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, asejt nem ingerelhető, ez az abszolút refrakter stádium (hossza nagy velőhüvelyesrostban 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 csök-ken → 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 ismeg fog jelenni)

24

Documents

Ferenci Tamás weboldalamedstat.hu/anyagok/ElettanJegyzet1.pdf · 2014. 10. 17. · Created Date: 10/17/2014 9:38:21 AM