Sveučilište u Zagrebu Prirodoslovno-matematički fakultet 143963 Animalna fiziologija 3. Komunikacija između stanica i tkiva Prof.dr.sc. Dubravka Hranilović Biološki odsjek Zavod za animalnu fiziologiju Rooseveltov trg 6 Zagreb 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 živčana stanica HORMONI NEUROTRANSMITORI neurosekretorna stanica imunosna stanica NEUROHORMONI CITOKINI
a) Hormoni
ŽLIJEZDE: egzokrine površina tijela lumen organa endokrine krvotok HORMONI
19.st. Berthold pokus s pijetlom 20.st. Bayliss i Starling sekretin HORMON: sinteza u posebnom tkivu/žlijezdi krvotok mjesto djelovanja mijenja aktivnost ciljnog tkiva
REGULACIJA AKTIVNOSTI PROTEINA: Kratkoročna fosforilacija/defosforilacija Dugoročna regulacija ekspresije
PODJELA PREMA STRUKTURI: 1) amini 2) peptidi 3) steroidi
lipofilni hormoni: difuzija prijenosni protein endokrina stanica molekula hormona krv receptor hormona ciljna stanica (c) 2003 Brooks/Cole - Thomson Learning hidrofilni hormoni: egzocitoza slobodan prijenos
MEHANIZAM DJELOVANJA 1) Hormoni topivi u lipidima (sati/dani) učinci na permeabilnost i transport hormon prijenosni protein jezgra mrna protein učinci na proizvodnju sekretornih proteina translacija transkripcija receptor DNA učinci na metabolizam ostali učinci (c) 2003 Brooks/Cole - Thomson Learning
1) Hormoni netopivi u lipidima (minute/sati) izvanstanična tekućina citoplazma hormon drugi glasnik višestruki biološki učinci receptor promijenjena funkcija stanice (c) 2003 Brooks/Cole - Thomson Learning DRUGI GLASNICI: cnmp (camp, cgmp), inozitol fosfolipidi (IP 3, DAG), Ca ++
camp inhibirajući hormon + Gi ATP _ adenilat ciklaza protein kinaza A + stimulirajući hormon + Gs camp (c) 2003 Brooks/Cole - Thomson Learning
IP3, DAG hormon stanični učinci PIP 2 receptor Gp fosfo - lipaza C DG IP 3 pohranjeni Ca 2+ + protein kinaza C stanični učinci (c) 2003 Brooks/Cole - Thomson Learning
Ca ++ hormon receptor G-protein ionski kanal stanični učinci (c) 2003 Brooks/Cole - Thomson Learning F
Receptori s intrinzičkom katalitičkom aktivnosti: inzulin tirozin kinaza
b) Neurotransmitori
ŽIVČANA STANICA: dendriti primanje podražaja primanje procesiranje prenošenje informacija akson integracija primljenih podražaja tijelo (soma) dendriti akson električni prijenos aksonski brežuljak aksonski završetci kemijski prijenos
difuzija iona niz konc. gradijent razlika u električnom potencijalu kemijski gradijent ravnotežni potencijal električni gradijent ELEKTROKEMIJSKA RAVNOTEŽA: električni gradijent = kemijski gradijent
Svaka stanica: selektivna propusnost membrane + Na/K pumpa elektrokemijski gradijent K + - veća permeabilnost - pasivni ionski kanali (trajno otvoreni) Cl - A - mirujući potencijal -70 mv (-20 do -100 mv)
- neuroni, mišićne stanice, neke receptorske stanice, praživotinje aktivno električno svojstvo - ionski kanali regulirani naponom (voltažni)
AKCIJSKI POTENCIJAL granični potencijal (-45 mv) + DEPOLARIZACIJA - HIPERPOLARIZACIJA
Na + kanali se inaktiviraju K + kanali se otvaraju Na + kanali se otvaraju Na + kanali se zatvaraju K + kanali se zatvaraju K + kanali zatvoreni Granični potencijal Mirujući potencijal Na + kanali zatvoreni Dolazak struje pozitivno nabijenih iona u blizinu ionskih kanala 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 započinjanje akcijskog pot. mijelinske ovojnice
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
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.) razgradni produkt sinteza NT degradacija PREKURSOR NEUROTRANSMITOR pohrana oslobađanje vezanje na receptor transporter razgradni produkt povratni unos inaktivacija
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
psp pasivno do aksonskog brežuljka Σ (epsp, ipsp) i
1) klasični NEUROTRANSMITORI ionotropni RECEPTORI metabotropni acetilkolin nikotinski muskarinski amini - dopamin D 1 D 5 - noradrenalin α 1,2, β 1,2,3 - serotonin (5HT) 5-HT 3 5-HT 1,2,4,5,6,7 aminokiseline - glutamat NMDA, AMPA, kainatni mglur 1 -R 6 - GABA GABA A GABA B
2) NEUROPEPTIDI (opioidi, tahikinini) RECEPTORI: metabotropni INAKTIVACIJA: enzimska SINTEZA: transkripcja i translacija u tijelu neurona vezikuli transport u aksonske završetke
kolokalizirani s klasičnim NT u pripadajućim neuronima moduliraju učinak klasičnog NT neuromodulacija efikasnija sinapsa
3) NEKONVENCIONALNI NEUROTRANSMITORI (NO, endokanabinoidi) - sintetiziraju se u postsinaptičkom neuronu - djeluju preko ili bez receptora - prenose poruku presinaptičkom neuronu RETROGRADNI GLASNICI NO: Glu neuroni inaktivacija: spontana razgradnja u nitrat (30s) sintetaza dušikovog oksida
- 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 TRANSDUKCIJA RECEPTORSKA STANICA
jačina podražaja: - frekvencija AP kvaliteta podražaja: - više receptorskih stanica reakcija na podražaj različite kvalitete
OSJETILNA ADAPTACIJA - promjena u percipiranom intenzitetu podražaja raspoznavanje jakog podražaja od pozadinskih RECEPTOR: tonični AP dok traje podražaj (zvuk) fazični AP na početku i kraju podražaja (dodir)
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