1

Kommunikáció

Sejtek közötti kommunikáció

• soksejtűekben elengedhetetlen összehangolni a sejtek működését

• direkt és indirekt kommunikáció

• direkt kommunikáció: rés-illeszkedés (gapjunction)

• 6 connexin = 1 connexon; 2 connexon = 1 pórus ����

• pórusátmérő 1,5 nm, kis szerves molekulák (1500 Ms) (IP3, cAMP, peptidek) is átjutnak

• ingerlékeny sejteknél elektromos szinapszis a neve (gerinctelenek, szívizom, simaizom, stb.)

• gyors és biztos átvitel - menekülő reakcióknál gyakori: Aplysia tintalövelő sejtek, Mauthnersejt inputja, rák potroh csapás, stb.

• az összekapcsolt sejtek ingerküszöbe magas

2

Indirekt kommunikáció

• kémiai anyag - jel - közvetítésével történik

• jeladó - jel - csatorna - jelfogó

• vannak specializált jeladók (ideg-, mirigysejt), de más sejteknél is gyakori a jelkibocsátás (pl. fehérvérsejt)

• a jel kémiai természete sokféle lehet:– biogén aminok: katekolaminok (NA, Adr, DA),

indolaminok (5-HT), imidazol (hisztamin), észterek (ACh), stb.

– aminosavak: glu, asp, tiroxin, GABA, glicin, stb.

– kis peptidek, fehérjék

– nukleotidok és származékaik: ATP, adenozin, stb.

– szteránvázas vegyületek: nemi hormonok, mellékvesekéreg hormonok, stb.

Csatorna szerinti osztályozás

• a csatorna szerinti a legalapvetőbb osztályozás

• neurokrin– a jeladó idegsejt– a csatorna a szinaptikus rés - 20-40 nm– csak a posztszinaptikus sejthez jut el (fülbesúgás)– a jel mediátor, vagy neurotranszmitter

• parakrin (autokrin)– a jeladó sokféle sejt lehet– a csatorna a szövetközti tér– közelben lévő sejtekhez jut el (beszéd társaságban)– a jelet nevezik szöveti hormonnak is

• endokrin– a jeladó mirigysejt, vagy idegsejt (neuroendokrin)– a csatorna a véráram– a szervezet minden sejtjéhez eljut (rádió, TV)

– a jelet hormonnak nevezik ����

3

A jelfogók típusai

• hidrofil jelek esetén a jelfogó a membránban

• hidrofóboknál a plazmában

• előbbi meglévő fehérjék működésére hat, utóbbi új fehérjék szintézisét befolyásolja

• a membránreceptor internalizálódhat és lehetplazmareceptora is

• membránreceptorok:– ioncsatorna receptor (ligandfüggő csatornák)

ideg-, és izomsejteken - gyors neurotranszmisszióionotróp receptoroknak is nevezik

– G-fehérjéhez kapcsolódó receptor -legelterjedtebbidegsejteken metabotróp receptornak neveziklassabb hatás - effektor fehérje, másodlagoshírvivő ����

– katalitikus, pl. tirozin kináz - növekedési faktorokhasználják - foszforilációt okoz tirozin aminosavon

Neurokrin kommunikáció I.

• Otto Loewi 1921 - Vagus-Stoff• békaszív + vagus ideg preparátum - ingerlés a

szivet lassítja, az oldat egy másik szívhez adva szintén lassít

• kémiai neurotranszmisszió első demonstrációja• később: ideg-izom áttevődés - hiedelem: ACh

az általános serkentő transzmitter, ionotróp, Na+-K+ vegyes csatornán át (< 1 ms)

• később: gátló transzmitterek Cl- csatornán át• még később: lassú transzmisszió (több 100

ms), G-fehérje mechanizmussal • neuromodulátor ha parakrin módon is hat• egy idegvégződés egy transzmittert szabadít

fel, és az egy adott hatással rendelkezik -Dale-elv

• ma: kismolekula + peptid együtt lehetséges

4

Neurokrin kommunikáció II.

• gyors szinapszis - például az izom véglemez ����, ����

• kurare - dél-amerikai nyílméreg hatóanyaga mint kutatási eszköz

• ált. agonisták és antagonisták igen fontosak• megfordulási v. reverzál potenciál - milyen ion• EPSP = excitatory synaptic potential• IPSP = inhibitory synaptic potential• hatás a gradienstől függ - pl. Cl-

• Cl- csatorna nyitása akkor is lehet gátló, ha nem okoz hiperpolarizációt - membrán söntölés

• preszinaptikus vs. posztszinaptikus gátlás• a transzmitter felszabadulása kvantált: Katz

(1952) - miniatür véglemez potenciálok - Ca++ hiány esetén, ingerlésre is ennek n-szerese

• kb. 10.000 ACh molekula - 1 vezikulum• hatás eliminációja ����

Az idegsejt integratív funkciója

• a jeltovábbítás során gradált és minden-vagy-semmi elektromos jelek és kémiai jelek váltogatják egymást a KIR-ben ����

• az idegsejt integrálja a hatásokat ����

• térbeli szummáció, lásd térállandó ����

• előjel, távolság az eredési dombtól fontos szempont ����

• időbeli szummáció, lásd időállandó ����

• az eredő potenciál nagysága frekvencia-kóddal továbbítva - időbeli szummációt okozhat ����

• kolokalizált transzmitterek leadása -bonyolult kölcsönhatás lehet ����

5

Plasztikusság a szinapszisban

• a tanulás, a memória alapja a neuronális

plasztikusság

• plasztikusság kell a speciális mozgások (pl.

borotválkozás, tenisz, stb.) tanulásához

• szokások kialakulása is plasztikusságon alapul

• egyedfejlődés során is szükség van rá, egyes

kapcsolatok megszűnnek

• alapja mindig a posztszinaptikus sejtből jövő

visszajelzés

• kifejlett élőlényben: szinaptikus hatékonyság

változása

D.O. Hebb posztulátuma (1949)

• minden izgalmi szinapszishatékonysága nő, ha a szinapszis aktivitásakonzisztens, és pozitív módonkorrelál a posztszinaptikus sejtaktivitásával

6

A hatékonyságnövekedés módjai

• preszinaptikus és posztszinaptikusmechanizmus lehetséges

• utóbbira nézve kevés információ van

• homoszinaptikus moduláció– homoszinaptikus facilitáció

• béka izom, kuráre AP gátlására

• gyors ingerpár hatására 100-200 ms hosszú, térbeliszummációt meghaladó növekedés a második EPSP-ben ����

• mechanizmusa a Ca++ növekedés a preszinapszisban ����

– poszttetanikus potenciáció• béka izom inger sorozattal ingerelve

• depresszió, majd percekig tartó facilitáció ����

• mechanizmusa: a hólyagocskák mind kiürülnek (depresszió), majd helyreállítódnak, miközben a Ca++ koncentráció mégmagas

Heteroszinaptikus moduláció

• a transzmitter felszabadulást másszinapszis vagy a keringés általodajuttatott modulátor befolyásolja

• pl. szerotonin - puhatestűek és gerincesekoktopamin - rovarokNA és GABA - gerincesek

• idetartozik a preszinaptikus gátlás is

• serkentő hatású modulációk– heteroszinaptikus facilitáció - Aplysia - érző és

motoros idegsejt közötti áttevődés fokozódik 5-HT jelenlétébenmechanizmus: 5-HT - cAMP - KS-csatornazáródik - AP hosszabb, több Ca++ lép be ����

– long-term potenciáció - LTP pl. hippokampuszintenzív ingerlésre órákig, napokig, hetekig tartóhatásnövekedésmindig NMDA szerepel ����

7

G-fehérjéhez kapcsolt hatás

• ismétlés: jel szerinti osztályozás ����

• lipofil jel (szteroid, tiroxin) - plazmareceptor -fehérjeszintézis módosítás ����

• lipofób jel (a többi) - membránreceptor -meglévő fehérje módosítása– ioncsatorna (ligand-függő) - ionotróp receptor– G-fehérjéhez kapcsolódó 7M receptor - metabotróp

receptor– katalitikus receptor - tirozin kináz, cGMP szintetáz

• a legelterjedtebb a G-fehérjéhez kötött• ligand + receptor = aktivált receptor• aktivált receptor + G-fehérje = aktivált G-

fehérje (GDP - GTP csere)• aktivált G-fehérje - αααα-alegység disszociál• αααα-alegység - effektor fehérje aktiváció• αααα-alegység - GTP lebontás GDP-vé - hatás

vége

Effektor fehérjék

• K+-csatorna - nyitás, vagy csukás ����

• másodlagos hírvivőn keresztüli hatás

• Sutherland 1970 - Nobel-díj - cAMP rendszer

• további másodlagos hírvivők felfedezése ����

• hatásmechanizmusok:– cAMP ����

– IP3 - diacilglicerol ����

– Ca++ ����

• egy jel, több lehetséges útvonal

• egy útvonal, több lehetséges jel

• jelentőség: jel felerősítése ����

• a receptor jelenléte, és milyensége a döntő: pl. szerotonin receptorok ����

8

Katalitikus receptorok

Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 9-20.

9

Gap junction (rés-illeszkedés)

Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 4-33.

Csatorna szerinti felosztás

Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 8-1.

10

Gyors és lassúneurotranszmisszió

Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-12.

A neuromuszkuláris junkció

Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-13.

11

A neuromuszkuláris véglemez

Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-14.

A jel eliminációja

Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-31,34.

12

Az ingerület terjedése KIR-ben

Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-1.

AP generálása az axondombon

Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-43.

13

Térbeli szummáció

Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-44.

EPSP és IPSP szummációja

Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-45.

14

Időbeli szummáció

Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-46.

Frekvenciakód

Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-47.

15

Neuromoduláció

Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-40,41.

Homoszinaptikus facilitáció

Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig.6-48.

16

A facilitáció Ca++ függése

Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-49.

Poszttetanikus potenciáció

Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-50.

17

Heteroszinaptikus facilitáció

Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-51.

Long-term potenciáció

Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-52.

18

Hatásmód és zsíroldékonyság

Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 9-8.

Zsíroldékony jelek hatásmódja

Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 9-9b.

19

Effektor fehérje: K+-csatorna

Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 6-39.

Másodlagos hírvivők

Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 9-10.

20

cAMP szignalizáció

Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 9-11.

Inozitoltrifoszfát szignalizáció

Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 9-14.

21

Ca++ szignalizáció

Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 9-19.

A jel sokszorozódása

Alberts et al.: Molecular biology of the cell, Garland Inc., N.Y., London 1989, Fig. 12-33.

22

Szerotonin receptorok

Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 1-4.