ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ

Transcript

1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ Τμήμα Μορ. Βιολογίας & Γενετικής Αλεξανδρούπολη 2 ο εξάμηνο Ακ. έτος Συμπληρωματική πηγή ύλης: Βιολογία. Starr C., Evers C., Starr L.. 1 η ελληνική έκδοση, Utopia 2014 Βιολογία. Τόμος ΙΙ (Μετάφραση από: "Biology", N. A. Campbell & Reece, J. B. Pearson Education Inc.), Πανεπιστημιακές εκδόσεις Κρήτης 2011 Ζωολογία. Ολοκληρωμένες αρχές. Τόμος ΙΙ (Μετάφραση από: Integrated Principles of Zoology C.P. Hickman, L.S. Roberts, A. Larson, 14 th edition), 3 η ελληνική έκδοση, Utopia 2011

2 Ι. ΙΣΤΟΙ ΖΩΙΚΩΝ ΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ Εισαγωγή Επιθηλιακός Συνδετικός Μυϊκός Νευρικός

3 Μονοκύτταροι οργανισμοί Κυτ. διαίρεση Ένας οργανισμός Δύο οργανισμοί Πολυκύτταροι οργανισμοί Ένας οργανισμός Ένας οργανισμός (1 κύτταρο) (2 κύτταρα) Μέγεθος πολυκύτταρων οργανισμών Μέγεθος κυττάρων ~ Αριθμός κυττάρων

4 Πολυκυτταρικότητα & Τρεις βλαστικές στιβάδες Εξειδίκευση & Διαφοροποίηση κυττάρων Ιστοί: ομάδα εξειδικευμένων κυττάρων, όμοιων ως προς τη δομή και τη λειτουργία Όργανα: ομάδες ιστών οργανωμένων κατάλληλα για να επιτελούν μία συγκεκριμένη λειτουργία Μόνο τα διαφοροποιημένα κύτταρα συμμετέχουν στο σχηματισμό ιστών! Συστήματα: ομάδα ιστών & οργάνων που λειτουργούν συντονισμένα και συγχρονισμένα για να επιτελέσουν μία ή περισσότερες λειτουργίες

5 Επιθηλιακός ιστός Επιφάνειες σε επαφή με ξένες ουσίες ή το εξωτερικό περιβάλλον Επιδερμίδα Πνεύμονες Οισοφάγος Γλώσσα Στομάχι Κόλπος Ουρήθρα Εξαιρετική αναγεννητική ικανότητα Επιδερμίδα: αναγεννάται κάθε 2-3 εβδομάδες Εσωτερικό στομάχου: αναγεννάται κάθε 2-3 μέρες Συκώτι: αναγεννά τμήματά του που έχουν αφαιρεθεί με επέμβαση Τροποποίησή τους σε εκκριτικά μόρια - αδένες Ιδρώτας Πεπτικά ένζυμα Χολή (συκώτι) Γάλα Βλέννα

6 Μορφολογία Πόλωση κορυφής - βάσης εξωτερικός χώρος Βλεφαρίδες-κροσσοί που κινούνται προκαλώντας ροή κίνησης ουσιών ~έλεγχος διόδου ουσιών όργανο Στενή σύνδεση κυττάρων, σχεδόν χωρίς μεσοκυττάριο χώρο (στεγανοί σύνδεσμοι) [ημιδεσμοσωμάτιο (=λαμινίνη+ιντεγκρίνη] [κολλαγόνο, λαμινίνη] Διαφορετική σύσταση ανάμεσα στις δύο επιφάνειες που χωρίζει το επιθήλιο

7 Ρόλος Προστασία (=μόνωση) από: μηχανικές πιέσεις ή είσοδο ξένων/ανεπιθύμητων σωμάτων Απορρόφηση/έκκριση: π.χ. επιθήλιο πεπτικού σωλήνα /αδένες Ενδιάμεσοι υποδοχείς ερεθισμάτων: π.χ. υποδοχείς γεύσης / όσφρησης

8 Τύποι επιθηλιακών ιστών Μορφή Πλακώδες Κυβοειδές Κυλινδρικό Μόνωση/δομικός ρόλος Μεταφορά ουσιών, πλούσιο σύστημα Golgi & οργανίδια Ένα στρώμα: μονόστιβο Διάταξη Ψευδοπολύστιβο: άνισο ύψος κυττάρων, όλα ξεκινούν από τη βασική μεμβράνη Πολλά στρώματα: πολύστιβο... Διάφοροι συνδιασμοί...

9 Μεγάλος κυτταροπλασματικός χώρος, διακίνηση ουσιών, π.χ. ρινική κοιλότητα, τραχεία. Συνήθως μονόστιβα. Αδένες, νεφρικά σωληνάρια, εγκέφαλος, ωοθήκες. Ψευδοπολύστιβο βλεφαριδοφόρο κυλινδρικό Απλό κυβοειδές Πολύστιβο πλακώδες Απλό πλακώδες Γρήγορη αναγέννηση. Μηχανική προστασία & χημική μόνωση. Επιδερμίδα, στόμα,οισοφάγος μήτρα, πρωκτός. Πολύ λεπτό στρώμα, επιτρέπε τη διάχυση. Αιμοφόρα αγγεία, πνευμονικές κυψελίδες. Καλή μόνωση, προστασία. Ουρήθρα. Πολύστιβο κυλινδρικό Απλό κυλινδρικό Έκκριση βλέννας, απορρόφηση, προστασία. Έντερο. Αύξηση επιφάνειας από μικρολάχνες.

10 Συνδέει Προστατεύει Στηρίζει Συνδετικός ιστός Εξαιρετική ποικιλομορφία (σκληροί, μαλακοί, εύκαμπτοι, διαφανείς, στερεοί ή υγροί), αλλά κοινό τους χαρακτηριστικό: Αποτελούνται από λίγα κύτταρα και πολλή εξωκυττάρια θεμέλια ουσία Τύπος Ποσότητα Εμπλεκόμενα με αυτό μόρια Κολλαγόνο Προσδίδουν τις διαφορετικές ιδιότητες των διαφόρων τύπων συνδετικού ιστού

11 Α. Εξωκυττάρια ουσία 1. Ίνες κολλαγόνου: 25% των πρωτεϊνών του σώματος, η πιο άφθονη πρωτεΐνη. Τρίκλωνη ελικοειδής μορφή αλυσίδων που συναρμολογούνται σε ινίδια, και αυτά σε ίνες. Αντοχή στη διάταση (~χάλυβας!). 4. Μεταναστευτικά κύτταρα: Μακροφάγα & πλασματοκύτταρα. Τα πρώτα μεταναστεύουν σε διάφορα σημεία του σώματος για την καταπολέμηση φλεγμονών/φαγοκύττωση απεκκριμάτων και τα δεύτερα παράγουν αντισώματα 2. Ελαστικές ίνες: πολύ λεπτότερες. Αποτελούνται από ελαστίνη και προσδίδουν αντοχή στη συμπίεση. Μπορούν να τεντώνονται υπό πίεση και να χαλαρώνουν όταν αυτή παύει. 3. Δικτυωτές ίνες: μικρές, διακλαδισμένες. Αποτελούνται από κολλαγόνο και γλυκοπρωτεΐνες. Δημιουργούν πλέγματα που δεν χρωματίζονται με κοινές χρωστικές, παρά μόνο με χρώση αργύρου. Β. Κύτταρα συνδετικού ιστού 1. Ινοβλάστες: παράγουν και εκκρίνουν το κολλαγόνο και την ελαστίνη. Έντονη δράση σε αναπτυσσόμενους ιστούς. Επούλωση τραυμάτων 2. Ιστιοκύτταρα (ή σιτευτικά κύτταρα): παράγουν ισταμίνη. Σχετίζονται με αλλεργικά φαινόμενα 3. Λιποκύτταρα: Αποθηκεύουν σταγόνες λίπους οι οποίες εκτοπίζουν το κυτταρόπλασμα

12 Τύποι συνδετικού ιστού λιπώδης Πλούσιος σε λιποκύτταρα. Βρίσκεται στο υποδόριο στρώμα και σε εσωτερικά όργανα. αίμα οστίτης Ο πιο ευρέως διαδεδομένος. Περιβάλλει μύς, νεύρα, αιμοφ. αγγεία & δημιουργεί το υποδόριο στρώμα. Κολλαγόνο, ελαστίνη, ρετικουλίνη. =ζελατινώδης μεσ. oυσία χαλαρός πυκνός Κανονικός ή ακανόνιστος. Ανθεκτικός στην πίεση. Τένοντες/ σύνδεσμοι / δερμίδα, περιβάλλει συκώτι/νεφρά χόνδρινος + ελαστικός (π.χ. τοιχώματα αρτηριών & πνεύμονα) + δικτυωτός (π.χ. σπλήνας, λεμφαδένες)

13 Χόνδρινος ιστός: Δεν έχει νεύρα και αιμοφόρα αγγεία Τρέφεται μέσω διάχυσης από τη μεσοκυττάρια ουσία Αποτελείται από χονδροκύτταρα που διατάσσονται ανά 2-4 σε μια κοιλότητα μέσα στο μεσοκυττάριο χώρο O μεσοκυττάριος χώρος αποτελείται από κολλαγόνο, ελαστίνη και θειϊκή χονδροϊτίνη που προσδίδει στον ιστό σκληρότητα και αντοχή, διατηρώντας τον ταυτόχρονα ελαστικό. Έμβρυα σπονδυλωτών τοπικά στους ενήλικες χονδριχθύες.

14 Γιατί ο θώρακάς μας μπορεί να είναι ελαστικός;

15 Οστίτης ιστός: Βασική δομή ο οστεώνας Αποθήκη ασβεστίου Μεσοκυττάρια ουσία (τα 2/3 του βάρους των οστών): ανόργανες ουσίες (CaPO4 υδροξυαπατίτης) οργανικές ουσίες (κολλαγόνο και πολυσακχαρίτες = οστεΐνη) Οστεοκύτταρα: εγκλωβισμένοι οστεοβλάστες, μεταβολικά ανενεργοί. Περιβάλλουν συγκεντρικά το κανάλι Havers και συνδέονται μεταξύ τους με τα οστικά σωληνάρια Οστεοβλάστες: ανάπλαση μεσοκυττάριας ουσίας και αναγέννηση ιστού. Οστεοκλάστες: αποικοδομούν τη μεσοκυττάρια ουσία, δημιουργώντας συσσωματώματα πολυπύρηνων κυττάρων με μικρολάχνες.

16 μακρύ οστό Πλατύ οστό

17 Αίμα, ένας υγρός συνδετικός ιστός, 8% του βάρους του σώματος ενός ενήλικα Ερυθρά αιμοσφαίρια: πεπλατυσμένα, απύρηνα κύτταρα, 45% του όγκου του αίματος (~5 εκ.κύτ./κυβ.χιλ.). Παράγονται από το μυελό των οστών και ανακυκλώνονται στο σπλήνα. Χρόνος ζωής: μέρες. Κόκκινα λόγω αιμοσφαιρίνης. Ρόλος: μεταφορά Ο 2 και CO 2. Ο 2 CΟ 2 Η στροβιλώδης κίνηση των στοιχείων που αποτελούν το αίμα, του επιτρέπει να είναι συνεχώς ρευστό Γιατί; Κάθε μόριο αιμοσφαιρίνης μεταφέρει 4 μόρια Ο 2. Η αιμοσφαιρίνη γεμίζει με Ο 2 από τα τριχοειδή των πνευμόνων, το ελευθερώνει στους ιστούς και από αυτούς φορτώνει CO 2 και το επιστρέφει στους πνεύμονες Hb/ερυθροκύτταρο. ΑΡΑ: ~1 δις. μόρια Ο 2 /ερυθροκύτταρο! Το περισσότερο συνδέεται με το νερό δημιουργώντας διττανθρακικά ιόντα (HCOO 3 - ) μέσα στα ερυθρά αιμοσφαίρια (2μόρια CO 2 /μόριο Hb). Ένα μικρό μέρος του κυκλοφορεί στο πλάσμα (7%) λόγω διαφοράς συγκέντρωσης με τους ιστούς.

18 Μηχανισμός μεταφοράς CO 2 από τα ερυθρά αιμοσφαίρια Γιατί να συμβαίνει αυτός ο κύκλος; Ανθρακική ανυδράση Η διαφορά συγκένρωσης CO 2 μεταξύ ιστών και πλάσματος είναι απαραίτητη για την απομάκρυνσή του από τους ιστούς. Η μετατροπή του σε διττανθρακικά ιόντα που διαχέονται εντός και εκτός ερυθρών αιμοσφαιρίων εξασφαλίζει τη διαφορά αυτή. Το CO συνδέεται 200φ. πιο ισχυρά με την αιμοσφαιρίνη. Γι αυτό και όταν η συγκέντρωσή του αυξηθεί στην ατμόσφαιρα προκαλεί ασφυξία.

19 Λευκά αιμοσφαίρια: /ml αίματος Κοκκώδη ή πολυμορφοπύρηνα: εωσινόφιλα, βασεόφιλα, ουδετερόφιλα Καταστρέφουν τα σύμπλοκα αντιγόνου-αντισώματος 96% σε αλλεργικές αντιδράσεις Δρουν σε χρόνιες φλεγμονές Φαγοκυτταρώνουν κυρίως βακτήρια Παράγονται από το μυελό των οστών, κυκλοφορούν στα αγγεία αλλά μετακινούνται και δραστηριοποιούνται στους γειτονικούς ιστούς ή εγκαθίστανται στους λεμφαδένες Άκοκκα: Λεμφοκύτταρα (Β για παραγωγή αντισωμάτων, Τ για υποβοήθηση/ ανοσοκαταστολή/κυτταροτοξικότητα) Μονοκύτταρα (= μακροφάγα, φαγοκύτωση) Αιμοπετάλια ή θρομβοκύτταρα: Πολύ μικρά σε μέγεθος, αλλά πολύ περισσότερα από τα λευκά. Απύρηνα. Χρόνος ζωής ~10 μέρες. Αναγεννώνται από το μυελό των οστών και ανακυκλώνονται στο σπλήνα. Δρουν στην πρόληψη και αντιμετώπιση αιμορραγίας με συγκέντρωση και προσκόλλησή τους στην τραυματισμένη περιοχή.

20 Τρόπος δράσης των αιμοπεταλίων αιμοπετάλια προθρομβινάση ινωδογόνο Ca++ φιμπρίνη

21 πλάσμα (55%) = Μεσοκυττάρια ουσία αίματος Το πλάσμα αποτελείται κατά 95% από νερό Φυγοκεντρώντας το αίμα: Πλάσμα Κυτταρικά στοιχεία Λευκοκύτταρα & αιμοπετάλια Ερυθροκύτταρα

22 Στοιχεία του πλάσματος Πρωτεΐνες: παράγονται στο συκώτι. Αλβουμίνη, ινωδογόνο, ανοσοσφαιρίνες Σε επαφή με τον αέρα: ίνες φιμπρίνης Λιπίδια (=λιποπρωτεΐνες) θρόμβος Ό,τι απομένει είναι ο ορός (=serum) του αίματος Γλυκόζη: ρυθμίζεται από την ορμόνη ινσουλίνη. Η ινσουλίνη παράγεται από το πάγκρεας όταν αυξάνει η συγκέντρωση γλυκόζης στο αίμα. Υπό την επίδραση της ινσουλίνης, το συκώτι μετατρέπει το πλεόνασμα γλυκόζης σε γλυκογόνο. Ανόργανα στοιχεία (Ca, Fe, Zn, Cu, NaCl)

23 Ρόλος του πλάσματος: θρέψη μεταφορά αποβλήτων μεταβολισμού διάλυση οργανικών και ανόργανων ουσιών ρύθμιση θερμοκρασίας του σώματος

24 Μυϊκός ιστός Μέχρι και το 80% του σωματικού βάρους Βασική μονάδα: μυϊκή ίνα = μυϊκό κύτταρο, που αποτελείται από πολλά μυοϊνίδια Γραμμωτοί λείοι μυοκάρδιο (διαφορές δομής & λειτουργίας)

25 Γραμμωτός ή σκελετικός μυϊκός ιστός Περιμύιο (τένοντας) μυς μυοϊνίδια [ /Μ.Ι.) Μυϊκή δέσμη ενδομύιο Μυϊκή ίνα (20-40/Μ.δ.) Πολυπύρηνα επιμήκη κύτταρα Περιμύιο και ενδομύιο: συνδετικοί ιστοί που εξασφαλίζουν τη σύνδεση των μυϊκών δεσμών μεταξύ τους και με το οστό. Επίσης εξασφαλίζουν τη συντονισμένη δράση τους. σύστημα Τ σαρκομερίδια =δομικές & λειτουργικές μονάδες [νημάτια παχειάς μυοσίνης & λεπτής ακτίνης]

26 F- Η κεφαλή της μυοσίνης δρα ως ATPάση, μετατρέποντας το ATP σε ADP και P. Νεκρική ακαμψία Κατά το θάνατο παύει να παράγεται ATP, συνεπώς ο κύκλος σύσπασης δεν μπορεί να ολοκληρωθεί G- ~200 μόρια Σύσπαση: προσωρινός σχηματισμός γεφυρών ανάμεσα στις κεφαλές της μυοσίνης και τα νημάτια ακτίνης. Αλλαγή διαμόρφωσης & γλίστρημα του ενός νηματίου πάνω στο άλλο. extra έλεγχος από το Ca++

27 Ρύθμιση σύσπασης από το Ca++ Όλες οι μυϊκές ίνες που συνάπτονται με έναν κινητικό νευρώνα αποτελούν μία κινητική μονάδα η οποία συσπάται ταυτόχρονα. Όταν σταματά το νευρικό ερέθισμα (δυναμικό δράσης), το ελεύθερο Ca++ επαναφέρεται στο ΣΔ με ενεργητική μεταφορά. Τότε ο μυς χαλαρώνει.

28 Λείος ή σπλαχνικός μυϊκός ιστός Αποτελείται από κύτταρα ατρακτοειδούς σχήματος, με έναν μόνο πυρήνα στο κέντρο και ομοιογενές κυτταρόπλασμα

29 Λείος ή σπλαχνικός μυϊκός ιστός Αποτελείται από κύτταρα ατρακτοειδούς σχήματος, με έναν μόνο πυρήνα στο κέντρο και ομοιογενές κυτταρόπλασμα Καλύπτει τα σπλάχνα (έντερο, στομάχι, νεφρά, μήτρα) και τα αγγεία Η σύσπασή του ελέγχεται από το Αυτόνομο Νευρικό Σύστημα (ΑΝΣ), υπόκειται δηλαδή σε ακούσιο νευρικό έλεγχο Οι λείες μυϊκές ίνες συνδέονται με χασμοσυνδέσμους και επικοινωνούν με ηλεκτρικά σήματα διέγερσης μέσω αυτών Μυική σύσπαση μπορεί να προκληθεί είτε από τους νευροδιαβιβαστές του ΑΝΣ [ακετυλοχολίνη (σύσπαση) / νοραδρεναλίνη (χάλαση)] είτε από μηχανικές τάσεις (τέντωμα) Και εδώ το Ca++ παίζει κρίσιμο ρόλο: ερέθισμα [Ca++] [Ca++] Σύνδεση με καλμοδουλίνη Ενεργοποίηση της φωσφατάσης της μυοσίνης Ενεργοποίηση της κινάσης της μυοσίνης Φωσφορυλίωση των κεφαλών μυοσίνης & σύνδεση με ακτίνη Απο-φωσφορυλίωση των κεφαλών μυοσίνης & αποσύνδεση συμπλόκου

30 Καρδιακός μυϊκός ιστός Ομοιότητες με τους άλλους δύο τύπους, αλλά και ιδιαιτερότητες Επιμήκη κυλινδρικά Άφθονο κυτταρόπλασμα με πολλά μιτοχόνδρια Διακλαδισμένα κύτταρα Ένας πυρήνας Ελεγχος δραστηριότητας από το ΑΝΣ

31 Καρδιακός μυϊκός ιστός Συνολική & ταυτόχρονη διέγερση καρδιακών κυττάρων Εμβόλιμοι δίσκοι με δεσμοσώματα για μηχανική & λειτουργική σύνδεση μεταξύ κυττάρων Χασμοσύνδεσμοι που επιτρέπουν τη μετάδοση ηλεκτρικών σημάτων μέσω διακίνησης ιόντων Διαθέτουν ειδικά κανάλια ιόντων που διεγείρονται χωρίς νευρικό ερέθισμα και ρυθμίζονται από το ΑΝΣ

32 Νευρικός ιστός Λήψη ερεθισμάτων μετατροπή σε νευρικό/ηλεκτρικό παλμό μεταβίβαση εντολής σε διάφορα όργανα Νευρώνες: μεταγωγή νευρικών παλμών Νευρογλοία: προστασία & στήριξη νευρώνων

33 Νευρώνες Σώμα: όλα τα οργανίδια, άφθονο ΑΕΔ = σωμάτια Nissl Δενδρίτες: περιέχουν ό,τι και το σώμα, αυξάνοντας την επιφάνεια του κυττάρου (καλύτερη θρέψη) Νευράξονας: περιέχει το αξονόπλασμα, πλούσιο σε μικροσωληνίσκους και νευροϊνίδια, αλλά όχι σωμάτια Nissl, άρα όχι πρωτεϊνοσύνθεση. Δενδρύλλια ή αξονικές απολήξεις: δημιουργούν τις συνάψεις με τα σώματα ή τους δενδρίτες άλλων νευρώνων δενδρίτες σώμα νευράξονας αξονικές απολήξεις

34 Οι νευράξονες περιβάλλονται από μυελίνη, δηλ. ένα στρώμα κυττάρων νευρογλοίας, και λέγονται μυελινωμένοι ή εμμύελοι ΚΝΣ: ολιγοδενδροκύτταρα Μυελινωμένοι νευράξονες = λευκή ουσία Αμύελοι δενδρίτες-σώμα = φαιά ουσία ΠΝΣ: κύτταρα Schwann Μυελινωμένοι & αμύελοι νευράξονες = νεύρα Ρόλος: προστασία & μόνωση Κόμβος Ranvier σε κάθε 1-2mm

35 Η φαιά ουσία στον εγκέφαλο ή το νωτιαίο μυελό φτιάχνουν ένα σχήμα Η (ή πεταλούδας)

36 Νευρογλοία Κύτταρα που παρεμβάλλονται ανάμεσα στους νευρώνες τέτοια κύτταρα ανά νευρώνα Αστροκύτταρα: αποκλειστικά στον εγκέφαλο και το νωτιαίο μυελό. Στηρικτικός ρόλος Ολιγοδενδροκύτταρα: μυελίνη του ΚΝΣ Κύτταρα του Schwann: μυελίνη του ΠΝΣ Μικρογλοιοκύτταρα: καταπολεμούν τις φλεγμονές του νευρικού ιστού με φαγοκύτωση Επενδυτικά κύτταρα: επικαλύπτουν εγκέφαλο & νωτιαίο μυελό, εκκρίνουν το εγκεφαλονωτιαίο υγρό

37 Δημιουργία και μετάδοση νευρικών παλμών Η πλασματική μεμβράνη δημιουργεί διαφορά δυναμικού, δηλ. διαφορά ηλεκτρικού φορτίου στις δύο πλευρές της. Σε κατάσταση ηρεμίας η διαφορά αυτή είναι γύρω στα -70mV και ονομάζεται δυναμικό ηρεμίας. Οι πλασματικές μεμβράνες αφήνουν ιόντα να περνούν από αυτές διαμέσου ειδικών ιοντικών καναλιών, π.χ. Na +, K +, Ca ++, Cl -, δεδομένου ότι η λιπιδική διπλοστιβάδα δεν επιτρέπει τη διάχυσή τους αντλία Κ + -Na + +2 Κ + / -3 Na + [+] κανάλι Κ + -Na + [Κ + ] 20φ> εντός [-] [Na + ] 10φ> εκτός

38 Πώς δημιουργείται το δυναμικό ηρεμίας της μεμβράνης (αρνητικό φορτίο στο εσωτερικό); 1. Από τη δράση της αντλίας K + / Na + 2. Από την παρουσία δεσμευμένων ανιόντων σε πρωτεΐνες και οργανοφωσφορικά στο κυτταρόπλασμα 3. Από τη διαφορική διαπερατότητα της μεμβράνης σε διάφορα ιόντα (κανάλια) Δύο αντίθετες δυνάμεις: Ηλεκτρική βαθμίδωση (από την παρουσία των ανιόντων των πρωτεϊνών) ~ Βαθμίδωση συγκέντρωσης Κ+ (από τη δράση της αντλίας Κ + -Νa + ) Δυναμικό ισορροπίας του Κ + (-90mV) [Σε αυτό το δυναμικό το Κ + δεν εξέρχεται από το κύτταρο] Γιατί το δυναμικό ηρεμίας είναι διαφορετικό από το δυναμικό ισορροπίας του Κ + ; Χαμηλός ρυθμός εισόδου και άλλων ιόντων όπως Na +, Cl μέσω αντίστοιχων καναλιών που μεταβάλλουν το δυναμικό της μεμβράνης

39 Δυναμικό δράσης Ένα εξωτερικό ερέθισμα (ηλεκτρικό, ηχητικό, χημικό, μηχανικό κλπ) μπορεί να διαταράξει το δυναμικό ηρεμίας αλλάζοντας τη διαπερατότητα των μεμβρανών σε διάφορα ιόντα τοπικά. Εκπόλωση: είσοδος θετικών ιόντων (Νa + ), μείωση αρνητικού φορτίου εντός Υπερπόλωση: είσοδος αρνητικών ιόντων (Cl - ) ή έξοδος θετικών ιόντων, αύξηση αρνητικού φορτίου εντός (κάτω από το δυναμικό ηρεμίας) Ένα τέτοιο συναπτικό δυναμικό είναι το πρώτο τοπικό βήμα για την κωδικοποίηση της πληροφορίας και δεν έχει επίδραση στο νευράξονα αν δεν είναι αρκετά ισχυρό, δεν υπερβαίνει δηλαδή μία οριακή τιμή. Διαφορετικά το κύτταρο αποκαθιστά το δυναμικό ηρεμίας μέσα σε 15 msec Η οριακή τιμή εκπόλωσης της μεμβράνης είναι ξεχωριστή και συγκεκριμένη για κάθε τύπο κυττάρου. σημείο Hillock Συναπτικά δυναμικά που εμφανίζονται ταυτόχρονα αθροίζονται όλα στο σημείο εκκίνησης στη βάση του νευράξονα (σημείο Hillock στον πρώτο κόμβο του Ranvier), από όπου ξεκινούν να εμφανίζονται τασεοεξαρτώμενα κανάλια Na + και K +. Τα κανάλια αυτά αλλάζουν τη διαπερατότητά τους ανάλογα με την τάση που επικρατεί τοπικά.

40 Τα τασεο-εξαρτώμενα κανάλια ανοίγουν ή κλείνουν ανάλογα με την ηλεκτρική τάση που επικρατεί Δυναμικό δράσης: «όλα ή τίποτα» 100 mv, 1-2msec Όταν τα κανάλια ανοίγουν, τα αντίστοιχα ιόντα κινούνται ανάλογα με τη βαθμίδωσή τους Τι γίνεται με το Na + που έχει μπει στο κύτταρο; Αντλία Κ + Na + = μπαταρία επαναφόρτισης

41 ένταση του ερεθίσματος ~ συχνότητα εμφάνισης των δυναμικών δράσης διάρκεια του ερεθίσματος ~ αριθμός των δυναμικών δράσης Τα δυναμικά δράσης δεν ταξιδεύουν Τα δυναμικά δράσης αναπαράγονται Για το λόγο αυτό το εύρος τους δεν μεταβάλλεται κατά τη μετάδοσή τους Το δυναμικό δράσης που δημιουργείται σε ένα σημείο (ανοδική φάση από -70 σε +30 mv) λειτουργεί ως διεγερτικό εκπόλωσης του γειτονικού του

42 Μετάδοση δυναμικού δράσης Η ταχύτητα αγωγής εξαρτάται από τη διάμετρο του νευράξονα. Η ταχύτητα αντίδρασης του οργανισμού σε ένα εξωτερικό ερέθισμα είναι συνάρτηση της ταχύτητας αυτής. Έτσι π.χ. σε ασπόνδυλα με εξελιγμένα ν.σ. όπως τα καλαμάρια, υπάρχουν νευράξονες διαμέτρου 500mm.

43 Στα σπονδυλωτά, τα κανάλια ιόντων διακόπτωνται πάνω στη μεμβράνη από τη μυελίνη που μονώνει ηλεκτρικά τη μεμβράνη. Κανάλια υπάρχουν μόνο στους κόμβους του Ranvier. Αναπηδητική αγωγή Σημαντικό εξελικτικό όφελος για τους πιο πολύπλοκους οργανισμούς

44 Τι γίνεται όταν η διέγερση φτάσει στο άκρο του νευράξονα; Επικοινωνία μεταξύ νευρώνων Προσυναπτικός νευρώνας Ένα μέρος του νευροδιαβιβαστή (π.χ. της ακετυλοχολίνης) θα καταβολιστεί (π.χ. από τη ακετυλοχολινεστεράση) και ένα μέρος του θα επιστρέψει στα προσυναπτικά κυστίδια 1000φ> [Ca++] Η διέγερση το μετασυναπτικού νευρώνα προκαλείται από χημική και όχι από ηλεκτρική αλλαγή Μετασυναπτικός νευρώνας Συναπτική σχισμή

45 Άμεση ενεργοποίηση καναλιών από το νευροδιαβιβαστή χαρακτηριστικό παράδειγμα ο νικοτινικός υποδοχέας της ακετυλοχολίνης Έμμεση ενεργοποίηση καναλιών από ενδιάμεσους υποδοχείς κινάσες

46 Το φαινόμενο είναι πολύ πιο πολύπλοκο, αν σκεφτούμε τον τεράστιο αριθμό διαφορετικών μηνυμάτων/ερεθισμάτων που δέχεται κάθε νευρώνας! Κάθε νευρώνας μπορεί να δεχτεί πάνω από ερεθίσματα ταυτόχρονα μέσω των δενδριτών του, αλλά απαντά μόνο με ένα! Αυτό αποτελεί τη συνισταμένη των ερεθισμάτων που δέχτηκε στο σημείο Hillock, όπου παίρνεται η απόφαση τι τύπο διέγερσης θα μεταδώσει. Αν το άθροισμα οδηγεί σε εκπόλωση του μετασυναπτικού νευρώνα μιλάμε για διεγερτική σύναψη Αν το άθροισμα οδηγεί σε υπερπόλωση του μετασυναπτικού νευρώνα μιλάμε για ανασταλτική σύναψη