Sveučilište u ZagrebuPrirodoslovno-matematički fakultet

143963 Animalna fiziologija

3. Komunikacija između stanica i tkiva

Prof.dr.sc. Dubravka Hranilović

Biološki odsjekZavod za animalnu fiziologiju

Rooseveltov trg 6Zagreb

dubravka.hranilovic@biol.pmf.hr

III Komunikacija između stanica i tkiva

Fizička komunikacija

STANICE TKIVA

1) izvanstanični matriks gel (intersticijska tekućina + proteoglikani) s 3 vrste proteina: - kolagen (fleksibilan, neelastičan)

- elastin (elastičan, u tkiva koja se rastežu)

- fibronektin (povezuje i daje čvrstoću)

2) Cell Adhesion Molecules (CAMs) na membrani stanica

povezuju stanice međusobno ili ih vežu za stanični matriks

3) Stanični spojevi: a) Prijanjajući spojevi dezmosomi – zadebljanja citoplazme (plak) + filamenti (CAMs)

- daju čvrstoću tkivu koje se mora rastezati (koža, maternica)

b) spojevi s pukotinom (gap junctions)

- koneksoni (6 koneksina) → anorganski ioni, male hidrofilne molekule (< 2 nm) - srce (sinhronizirana kontrakcija), glatki mišići

c) čvrsti spojevi – protein okludin

- epitelne stanice

apsorpcija tvari iz probavnog trakta krvno-moždana barijera

Komunikacija putem signalnih molekula

signalna molekula + specifični receptor odgovor

sekrecija prema mjestu učinka

žljezdana stanica

HORMONI

živčana stanica

NEUROTRANSMITORI

neurosekretorna stanica

NEUROHORMONI

imunosna stanica

CITOKINI

a) Hormoni

ŽLIJEZDE: • egzokrine ↓ površina tijela lumen organa • endokrine ↓ krvotok

HORMONI

• 20.st. Bayliss i Starling → sekretin

HORMON: • sinteza u posebnom tkivu/žlijezdi • krvotok → mjesto djelovanja • mijenja aktivnost ciljnog tkiva

19.st. Berthold → pokus s pijetlom

REGULACIJA AKTIVNOSTI PROTEINA:

Kratkoročna fosforilacija/defosforilacija

Dugoročna regulacija ekspresije

PODJELA PREMA STRUKTURI: 1) amini 2) peptidi 3) steroidi

(c) 2003 Brooks/Cole - Thomson Learning

endokrina stanica

krv molekula hormona

receptor hormona

ciljna stanica

difuzija prijenosni protein lipofilni hormoni:

hidrofilni hormoni: egzocitoza slobodan prijenos

1) Hormoni topivi u lipidima (sati/dani)

(c) 2003 Brooks/Cole - Thomson Learning

hormon

prijenosni protein

ostali učinci

učinci na metabolizam

učinci na proizvodnju sekretornih

proteina

učinci na permeabilnost i

transport

DNA receptor

jezgra

mRNA

translacija

transkripcija

protein

MEHANIZAM DJELOVANJA

(c) 2003 Brooks/Cole - Thomson Learning

citoplazma izvanstanična tekućina

hormon

receptor

drugi glasnik višestruki biološki učinci

promijenjena funkcija stanice

1) Hormoni netopivi u lipidima (minute/sati)

DRUGI GLASNICI: cNMP (cAMP, cGMP), inozitol fosfolipidi (IP3, DAG), Ca++

(c) 2003 Brooks/Cole - Thomson Learning

stimulirajući hormon

inhibirajući hormon

ATP

cAMP

protein kinaza

A

cAMP

adenilat ciklaza

Gi

Gs +

+

+

_

(c) 2003 Brooks/Cole - Thomson Learning

pohranjeni Ca2+

IP3

DG

protein kinaza

C

stanični učinci

hormon

PIP2

Gp

receptor

fosfo -lipaza

C

IP3, DAG

+

stanični učinci

(c) 2003 Brooks/Cole - Thomson Learning

F

hormon

receptor

G-protein

stanični učinci

ionski kanal

Ca++

Receptori s intrinzičkom katalitičkom aktivnosti:

inzulin → tirozin kinaza

b) Neurotransmitori

ŽIVČANA STANICA: • primanje • procesiranje • prenošenje informacija • tijelo (soma) • dendriti • akson

aksonski brežuljak

električni prijenos

kemijski prijenos

aksonski završetci

integracija primljenih podražaja

dendriti primanje podražaja

akson

ELEKTROKEMIJSKA RAVNOTEŽA: električni gradijent = kemijski gradijent

kemijski gradijent

električni gradijent

difuzija iona niz konc. gradijent ⇒ razlika u električnom potencijalu

ravnotežni potencijal

K+ - veća permeabilnost - pasivni ionski kanali

(trajno otvoreni)

Svaka stanica: • selektivna propusnost membrane + Na/K pumpa → elektrokemijski gradijent

mirujući potencijal -70 mV (-20 do -100 mV)

Cl-

A-

- ionski kanali regulirani naponom (voltažni)

- neuroni, mišićne stanice, neke receptorske stanice, praživotinje

aktivno električno svojstvo

+ ⇒ DEPOLARIZACIJA

- ⇒ HIPERPOLARIZACIJA

AKCIJSKI POTENCIJAL granični potencijal (-45 mV)

Na+ kanali zatvoreni

K+ kanali zatvoreni

Dolazak struje pozitivno nabijenih iona u blizinu

ionskih kanala

Na+ kanali

se otvaraju

Na+ kanali se inaktiviraju

K+ kanali se otvaraju

Na+ kanali se zatvaraju

K+ kanali se

zatvaraju

Granični potencijal

Mirujući potencijal

http://highered.mcgraw-hill.com/sites/0072495855/student_view0/chapter14/animation__the_nerve_impulse.html

• apsolutni refraktorni period

• relativni refraktorni period

Refraktorni period jednosmjerno širenje akcijskog potencijala

aksonki brežuljak

mijelinske ovojnice

započinjanje akcijskog pot.

Brzo širenje AP:

1) povećanje promjera aksona 2) mijelinizacija vlakana:

GLIJA stanica mijelin

mijelinska ovojnica

akson

Ranvierovi čvorovi → “skokovit prijenos”

nemijelinizirana vlakna → kontinuirano širenje AP

NT

razgradni produkt

razgradni produkt

transporter

sinteza

PREKURSOR

NEUROTRANSMITOR

pohrana

oslobađanje

vezanje na receptor

inaktivacija

povratni unos

degradacija

SINAPSA: presinaptički neuron + postsinaptička stanica + sinaptička pukotina

Neurotransmitori

• kemijske tvari koje na svojim okončinama izlučuju neuroni radi prijenosa informacija sljedećem neuronu (mišićnoj ili žljezdanoj st.)

IONOTROPNI

- ionski kanal reguliran ligandom

- brzo otvaranje / zatvaranje kanala

- depolarizacija / hiperpolarizacija

- brzi učinak

METABOTROPNI

- vezani preko G-proteina uz efektor

- nastanak drugih glasnika

- kaskada staničnih reakcija

- spori učinak

POSTSINAPTIČKI POTENCIJAL ekscitacijski inhibicijski

(Na+ ↓) (K+↑, Cl- ↓) +/- PSP:

• vrsta ionskih kanala • gradijent iona

Σ (epsp, ipsp)i

psp → pasivno do aksonskog brežuljka

• aminokiseline

- glutamat NMDA, AMPA, kainatni mGluR1-R6 - GABA GABAA GABAB

ionotropni metabotropni

• acetilkolin nikotinski muskarinski

• amini

- dopamin D1 – D5

- noradrenalin α1,2, β1,2,3

- serotonin (5HT) 5-HT3 5-HT1,2,4,5,6,7

1) klasični

NEUROTRANSMITORI RECEPTORI

2) NEUROPEPTIDI (opioidi, tahikinini)

SINTEZA: transkripcja i translacija u tijelu neurona vezikuli transport u aksonske završetke

INAKTIVACIJA: enzimska

RECEPTORI: metabotropni

neuromodulacija

⇒ efikasnija sinapsa

• kolokalizirani s klasičnim NT u pripadajućim neuronima • moduliraju učinak klasičnog NT

3) NEKONVENCIONALNI NEUROTRANSMITORI (NO, endokanabinoidi) - sintetiziraju se u postsinaptičkom neuronu - djeluju preko ili bez receptora - prenose poruku presinaptičkom neuronu RETROGRADNI GLASNICI

sintetaza dušikovog oksida

inaktivacija: spontana razgradnja u nitrat (30s)

NO: Glu neuroni

- brze reakcije

- npr. obrambeni refleksi kod beskralješnjaka

IV Primanje podražaja iz okoline

Receptorske stanice

osjetni podražaj ↓

RECEPTOR ⇓

promjena konformacije ⇓

aktivacija ⇓

unutarstanične reakcije ⇓

IONSKI KANALI ⇓

strujanje iona ⇓

RECEPTORSKI POTENCIJAL

TRANSDU

KCIJA

RECEPTORSKA STANICA

• jačina podražaja:

- frekvencija AP

• kvaliteta podražaja:

- više receptorskih stanica → reakcija na podražaj različite kvalitete

RECEPTOR:

• tonični – AP dok traje podražaj (zvuk)

• fazični – AP na početku i kraju podražaja (dodir)

OSJETILNA ADAPTACIJA

- promjena u percipiranom intenzitetu podražaja

⇒ raspoznavanje jakog podražaja od pozadinskih

DINAMIČKI RASPON

-od praga podražljivosti do zasićenja

- donja granica: granični potencijal

- gornja granica:

• maksimalna amplituda receptorskog potencijala

- broj ionskih kanala

- ravnotežni potencijal putujućih iona

• maksimalna frekvencija AP

- refraktorni period

Weber-Fechnerov zakon psihofizike: jednaki porast u logaritmu intenziteta podražaja uzrokuje jednaki porast u percepciji intenziteta

dodatno povećanje dinamičkog raspona FRAKCIONIRANJEM

Sustav receptora s različitim pragom osjetljivosti i zasićenja

SPONTANI AKCIJSKI POTENCIJAL

⇒ povećanje osjetljivosti

⇒ detekcija smjera promjene

VRSTE RECEPTORA – energija aktivacije: - Mehanoreceptori mehanička energija

-Termoreceptori promjena temperature

- Elektroreceptori distorzija električnog polja

- Kemoreceptori kemijski podražaj

- Fotoreceptori fotoni