komunikacja-miedzykomorkowa-pdf

Czynności komórek nerwowych
Adriana Schetz
IF US
Plan wykładu
1. Komunikacja mędzykomórkowa
2. Neurony i komórki glejowe – jedność
architektoniczna
3. Czynności komórek nerwowych
Komunikacja międzykomórkowa
• Przenoszenie informacji między komórkami odbywa się dzięki
temu, że błona komórkowa zbudowana jest z następujących
białek:
 Białka integralne – o biegunach hydrofilnych skierowanych na
zewnątrz błony;
 Białka nośnikowe – budulec kanałów transportowych (w błonie
komórkowej) dla cząsteczek;
 Białka tworzące kanały jonowe;
 Białka receptorowe – wiążą swoiście ligandy (cząsteczki chemiczne)
oraz inne substancje znajdujące się w płynie zewnątrzkomórkowym
[Władysław Z. Traczyk, Fizjologia człowieka w zarysie, Warszawa: 2006, s. 23]
Komunikacja międzykomórkowa
• Ważne procesy i pojęcia:
 Dyfuzja – transport błonowy polegający na przenikaniu cząsteczek do
wnętrza komórki (dokomórkowa) lub na zewnątrz komórki w wyniku ich
samorzutnego rozpraszania się;
 Gradient stężeń – niektóre substancje (cząsteczki rozpuszczalne w
tłuszczach) pokonują błonę komórkową w obu kierunkach bez względu na
średnicę. Do tych substancji zalicza się: O2, CO2, steroidy, kwasy tłuszczowe,
rozpuszczalniki organiczne takie jak: alkohole czy etery itp.
 Dyfuzja ułatwiona – transport błonowy zgodny z gradientem stężeń i
wspomagany przez dodatkowe czynniki, np. ujemny ładunek elektryczny
wewnątrz komórki, który będzie wspomagał dyfuzję dokomórkową jonów
o ładunku dodatnim.
Komunikacja międzykomórkowa
• Ważne procesy i pojęcia:
 Aktywny transport – transport przez błonę komórkową przeciw gradientowi
stężenia; związki nierozpuszczalne w tłuszczach (cząsteczki monosacharydów i
aminokwasów) wymagają obecności białka transportującego, z którym tworzą
nietrwałe kompleksy rozpadające się w cytoplazmie po przejściu przez błonę
komórkową i w ten sposób uwalniając przenoszoną substancję do cytoplazmy;
proces ten wymaga energii, która jest pozyskiwana z rozpadu ATP
(adenozynotrifosforanów) z pomocą białka enzymatycznego błony
komórkowej, którym jest adenozynotrifosfataza aktywowana przez sód i potas
(stąd Na-K-ATP-aza); podobnie jest w przypadku energii dla dyfuzji.
 Pory w błonie komórkowej – o średnicy 800 pm (piktometrów; 10-12 m)
umożliwiające wnikanie do komórki małych cząsteczek o ładunku obojętnym
(np. woda i mocznik);
 Kanały swoiste (zbudowane z koneksonów) – dla prądów danych jonów
przenikających dokomórkowo i odkomórkowo;
Komunikacja międzykomórkowa
•
Ważne procesy i pojęcia:
 Receptory błonowe – swoiście wiążą się z właściwymi sobie substancjami chemicznymi,
tj. ligandami;
 Ligandy endogenne – występujące w organizmie;
 Ligandy egzogenne – wprowadzane z zewnątrz organizmu.
 Rodzaje ligand (czyli cząsteczek sygnałowych):
1. Neurotransmittery (układ nerwowy);
2. Hormony (układ dokrewny);
3. Hormony lokalne czyli autakoidy, substancje które nie są produkowane przez gruczoły
(mogą działać parakrynnie, czyli regulują sąsiednie komórki oraz autokrynnie, czyli
regulują procesy własne komórki, która je wydziela), np. prostaglandyny.
 Substancje agonistyczne (wiążące się z danym receptorem, np. insulina i receptor)
 Substancje antagonistyczne (blokujące dany receptor, np. antagonistą insuliny jest
adrenalina czy glukagon)
 Selektywne modulatory (np. fitoestrogeny i estrogeny)
Komunikacja międzykomórkowa
• Ważne procesy i pojęcia:
 Eksternalizacja białek receptorowych - Białka receptorowe , które
przytwierdzone są do wewnętrznej strony błony komórkowej zostają
przeniesione na zewnętrzną powierzchnię błony
 (proces odwracalny do internalizacji, np. w przypadku cząsteczek insuliny,
które po zwiazaniu z receptorami insulinowymi po zewnętrznej stronie
błony komórkowej przenoszone są do wnętrza komórki);
 Oddziaływanie białek receptorowych na inne komórki to odziaływania na
białka receptorowe błon komórkowych innych komórek.
 Polega to na wiązaniu przekaźników chemicznych (takich jak transmittery,
hormony i inne substancje) obecnych w płynie zewnątrzkomórkowym.
Komunikacja międzykomórkowa
•
Ważne procesy i pojęcia:
Reakcje na odbiór informacji przez receptory:
 krótkotrwałe (ułamek milisekundy do kilkudziesięciu
milisekund) – w przypadku ruchów jonów przez błonę
komórkową, a co prowadzi do wystąpienia
czynnościowego potencjału elektrycznego;
 trwające dłużej (milisekundy do wielu godzin) – efekt
wzmożenia lub osłabienia metabolizmu komórkowego
oraz aktywacji lub inaktywacji enzymów błony
komórkowej;
 długotrwałe (godziny do tygodni) – w przypadku
ekspresji genów
Komunikacja międzykomórkowa
•
Ważne procesy i pojęcia:
• Ekspresja genów w jądrze komórkowym
Jądro zawiera zakodowaną informację genetyczną
Niezbędną dla prawidłowej syntezy enzymów
wpływających na metabolizm komórkowy.
Po wniknięciu do komórki danej substancji chemicznej
(np. peptydów, które transportowane są wstecznie do perykarionu z
przestrzeni synaptycznej czy płynu międzykomórkowego zaraz po
związaniu się z receptorem w błonie presynaptycznej i internalizacji)
oddziałuje ona na aparat genetyczny
komórki.
Odziaływanie to polega na przyspieszeniu lub spowolnieniu (opóźnieniu) procesu
transkrypcji mRNA dla polipeptydów (modulatory synaptyczne) oraz dla białek
receptorowych i kanałowych czy też enzymów syntetyzujących transmittery.
Komunikacja międzykomórkowa
• Ważne procesy i pojęcia:
• Błona komórkowa w następujący sposób uczestniczy w przenoszeniu
informacji:
1. Rozróżnia sygnały – sygnały, czyli cząsteczki przekaźników chemicznych
działające na błonę komórkową są rozpoznawane przez receptory
błonowe;
2. Przenosi sygnały – białka receptorowe wraz ze swoistymi przekaźnikami
chemicznymi oddziałują na białka kanałów jonowych, a także na białka
enzymatyczne;
3. Wzmacnia sygnały – sygnały (substancje chemiczne) zazwyczaj są zbyt
słabe by zmienić metabolizm komórki. W związku z tym dochodzi do
wytworzenia przez enzymy drugiego wewnątrzkomórkowego przekaźnika
chemicznego.
Komunikacja neuronów
Kierunki przepływu cytoplazmy (cytoplazmy; aksoplazmy):
• Przepływ antydromowy (wsteczny) - kierunek
do perykarionu
• Przepływ ortodromowy - kierunek od perykarionu
Komunikacja neuronów
• Ważne procesy i pojęcia:
• Każda zmiana w otoczeniu może potencjalnie wywołać pobudzenie
receptorów. Czyli informacje z otoczenia mogą stać się źródłem sygnałów
odbieranych przez receptor.
• Sygnały dla receptorów percepcyjnych to np. fale akustyczne czy świetlne.
Dla receptorów wewnętrznych to np. prężność tlenu we krwi lub
koncentracja jonów wodoru.
• Przetwarzanie informacji w organizmie odbywa się dwojako:
1. Analogowo (na sposób ciągły) – np. za pośrednictwem krążących we krwi
cząsteczek hormonów;
2. Cyfrowo (dyskretnie czyli przerywanie, impulsowo) – np. we włóknach
nerwowych.
Komunikacja neuronów
• Informacja przenoszona w sposób impulsowy jest możliwa dzięki:
1. Przetwornikom (transdukcja np. w mechanoreceptorze), których funkcja
polega na przetwarzaniu informacji z otoczenia (np. mechanicznej) na
salwę impulsów nerwowych przewodzonych włóknami nerwowymi.
2. Impulsy nerwowe przenoszone jednym kanałem
informacyjnym nie różnią się między sobą
pod względem częstotliwości.
3. Informacja zakodowana jest w postaci
częstotliwości z jaką impulsy nerwowe podążają
włóknem nerwowym, co określa się mianem długości interwałów
pomiędzy pojedynczymi impulsami.
Komunikacja neuronów
• Sprzężenie zwrotne w komunikacji neuronów
Sprzężenie proste – informacja przepływa jednokierunkowo: od układu
sterującego do sterowanego.
Ujemne sprzężenie zwrotne (negatywny feedback) – stabilizacja funkcji
fizjologicznych między dwoma systemami: sterującym i sterowanym.
Kontrola wzajemnie zwrotna (pętla sprzężenia zwrotnego zachowująca
homeostazę) – dwukierunkowy przesył informacji zarówno kodowanej w
postaci impulsów nerwowych, jak i chemicznej: charakterystyczna dla
organizmów na wysokim szczeblu rozwoju filogenetycznego.
Komunikacja neuronów
• Informacja cyfrowa jest zmieniana w neuronie na informację analogową,
tj. poprzez zmianę potencjału elektrycznego błony komórkowej. Następnie
neuron wysyła informację cyfrową do innej komórki.
• Czyli analogowa informacja jest zamieniana na cyfrową ze względu na
obowiązywanie zasady wszystko albo nic:
Inicjowanie potencjału czynnościowego ma miejsce wówczas, gdy wystąpi
bodziec o intensywności wystarczającej do zdepolaryzowania neuronu
powyżej określonej wartości progowej.
Komunikacja neuronów
•
Potencjał spoczynkowy błony komórkowej – ujemny potencjał elektryczny, który występuje
pomiędzy wnętrzem komórki nerwowej a płynem zewnątrzkomórkowym.
• Płyn wewnątrzkomórkowy oraz
zewnątrzkomórkowy różnią się
od siebie pod względem stężenia
poszczególnych jonów.
• Wewnątrz komórki występuje
przewaga anionów (ładunek ujemny)
organicznych nieprzedostających się
przez błonę komórkową poza komórkę.
• W płynie zewnątrzkomórkowym
występuje także przewaga ujemnych
anionów w stosunku do dodatnich
kationów.
•
Dzięki temu ujemny ładunek komórki może zostać zachowany utrzymując ją w spoczynku.
Komunikacja neuronów
• Potencjał czynnościowy błony komórkowej – bodziec wywołuje potencjał
czynnościowy komórki poprzez depolaryzację.
• Depolaryzacja jest wyrównaniem ładunków elektrycznym między
wnętrzem komórki a środowiskiem zewnętrznym.
• Fazy depolaryzacji:
1. wniknięcie sodu (Na+) do wnętrza komórki nerwowej poprzez kanały
dla prądu jonów sodu oraz tym samym zmienienie lokalnego
środowiska wewnętrznego komórki na dodatnie (lokalnego, tj. w
miejscu działania bodźca).
2. Gdy ładunki wyrównają się lokalnie, depolaryzacja zaczyna przesuwać
się wzdłuż aksonu.
Impuls nerwowy – przemieszczanie się fali depolaryzacji od miejsca
oddziaływania bodźca na błonę komórkową do zakończenia neuronu.
Komunikacja neuronów
•
Depolaryzacja
• Impulsy nerwowe przekazywane są z
neuronu do neuronu zakończeniem
aksonu nazywanym synapsą (albo kolbą
końcową).
Błona presynaptyczna – błona komórkowa przekazująca impuls;
Błona postsynaptyczna - błona komórkowa odbierająca impuls.
Szczelina synaptyczna – przestrzeń między synapsami.
Komunikacja neuronów
• Hamowanie:
Komunikacja neuronów
• Neurony hamujące (postsynaptyczny potencjał
hamujący): neuron otoczony jest nie tylko synapsami
pobudzającymi, ale również hamującymi.
• Hamowanie polega na oddziaływaniu synapsy na
neuron za pomocą transmitterów hamujących
przewodzenie impulsów elektrycznych.
• Cząsteczki transmittera hamującego oddziałując na
błonę komórkową powodują, że jony K+ wydostają się z
neuronu na zewnątrz z jednoczesnym napływem jonów
Cl- właściwymi kanałami jonowymi.
• Wzrasta ujemny potencjał elektryczny wewnątrz
komórki, czyli miejsce ma hiperpolaryzacja.
Opracowanie głównie na podstawie:
• W. Traczyk, Fizjologia człowieka w zarysie;
• J. Kalat, Biologiczne podstawy psychologii;