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: laszlo.detari@ttk.elte.hu• 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.