Wykłady z podstaw neurobiologii
zachowania i etiologii
Jerzy Vetulani
Instytut Farmakologii PAN pok. 3.9
Smętna 12, 31-342 Kraków Tel: [phone]
E-mail: [e-mail]
Czasem możecie otrzymywać pocztę z
innego adresu, ale odpowiadajcie zawsze
na ten
Kurs obejmuje 15 wykładów (30 godzin)
Wykłady odbywają się w środy, w godzinach
16:45  18:15
Planowane terminy wykładów:
Luty - 29
Marzec - 7, 14, 16, 21, 28,
Kwiecień - 4, 11, 18, 25
Maj - 9, 16, 23, 30
Czerwiec  6, 13
Wykłady opierają się na prezentacjach
Prezentacje bez komentarza nie wystarczą, ale
będą bardzo użyteczne przy powtarzaniu
materiału do egzaminu, zwłaszcza jeżeli będą
konfrontowane z notatkami.
Pdfy prezentacji będą przesyłane na adres:
[e-mail]
Zalecane podręczniki
Kalat J.W.: Biologiczne podstawy psychiatrii,
PZWL, 2006, s. 608 ISBN 978-83-01-14688-7
Rybakowski J., Pużyński S., Wciórka J.:
Psychiatria tom 1 - podstawy psychiatrii.
Elsevier Urban & Partner, Wrocław 2010,
wyd. 2, s. 552, ISBN 978-83-7609-102-0
Osobom, które są zainteresowane psychologią,
zachowaniem i mózgiem i moimi poglądami na
to polecam:
1. Blog  Piękno neurobiologii
vetulani.wordpress.com
2. Książkę  Mózg: fascynacje, problemy,
tajemnice
(J. Vetulani, Homini, Kraków, 2010, 306 stron)
3. Książkę  Piękno neurobiologii
(J. Vetulani, Homini, Kraków, 2011, 292 strony)
#5
Neurobiologia
28 III 2011
KOMÓRKI GLEJOWE
NEUROTRANSMISJA
Jerzy Vetulani
Instytut Farmakologii PAN w Krakowie
Glia (z greckiego  klej ) są dziesięciokrotnie
liczniejsze od neuronów i utrzymają je razem. Zajmują
około połowy objętości mózgu.
Glia (z greckiego  klej ) są dziesięciokrotnie
liczniejsze od neuronów i utrzymają je razem. Zajmują
około połowy objętości mózgu.
Komórki glejowe mają wypustki, lecz nie tworzą
synaps. Nie przewodzą potencjałów czynnościowych. .
Glia (z greckiego  klej ) są dziesięciokrotnie
liczniejsze od neuronów i utrzymają je razem. Zajmują
około połowy objętości mózgu.
Komórki glejowe mają wypustki, lecz nie tworzą
synaps. Nie przewodzą potencjałów czynnościowych.
Komórki glejowe zapewniają neoronom podparcie,
izolację i odżywianie.
Glia (z greckiego  klej ) są dziesięciokrotnie
liczniejsze od neuronów i utrzymają je razem. Zajmują
około połowy objętości mózgu.
Komórki glejowe mają wypustki, lecz nie tworzą
synaps. Nie przewodzą potencjałów czynnościowych.
Komórki glejowe zapewniają neoronom podparcie,
izolację i odżywianie.
Komórki glejowe dzielą się i zajmują miejsce pozostałe
po martwych neuronach (glejoza)
GA
ÓWNE TYPY KOMÓREK GLEJOWYCH
Astrocyt protoplazmatyczny Astrocyt włókienkowaty
Mikroglej
(istota szara) (istota biała)
Komórka Schwanna
Oligodendrocyt
Komórki wyściółki
Funkcje astrocytów
Podtrzymywanie neuronów
Buforowanie jonów K+
Usuwanie neurotransmitera
Odżywianie neuronów
Reakcje na neuroprzekaz
niki (?)
Pozostałe typy komórek glejowych w mózgu
Pozostałe typy komórek glejowych w mózgu
Oligodendrocyty
Mielinizują aksony w OUN (komórki Schwanna
czynią to na obwodzie). Mielina jest błoną
komórkową oligodendrocytów (lub komórek
Schwanna), ciasno owinietą koło pojedynczych
aksonów, zapewniając im wzrost szybkości
przewodzenia.
Stwardnienie rozsiane jest wynikiem demielinizacji.
Pozostałe typy komórek glejowych w mózgu
Mikroglej
Komórki mikrogleju są komórkami immunologicznymi. Ich
główną funkcją jest fagocytoza szczątków neuronów.
Komórki ependymalne
Wyścielają wnętrza komór mózgowych i splotu
naczyniówkowego  miejsca tworzenia płynu
mózgowordzeniowego. Niektóre mają rzęski i wspomagają
krażenie tego płynu.
Glej promieniowy
Komórki gleju radialnego występują głównie w rozwijającym się układzie
nerwowym, Charakteryzują się długimi wypustkami promieniowymi które
kierują migracją nowo tworzonych neuronów ze strefy przykomorowej do
płaszcza kory. Dzisiaj wiemy, że są powszechnymi prekursorami neuronów
i gleju i uważamy je za wielozadaniowe komórki zaangażowane w
większości aspektów rozwijającego się mózgu.
PODSTAWOWA STRUKTURA NEUROPNU
Dendryty
podstawne
Dendryty
Dendryty
postsynaptyczne
apikalne
Zakończenia
presynaptyczne
Jadro
Węzeł
Kadłub
Akson
Ranviera
Osłonka
Wzgórek
aksonalny mielinowa
Hamujące Komórka
Komórka
zakończenia presynaptyczna
postsynaptyczna
obcego aksonu
Pobudzające
zakończenia
obcego aksonu
Określenia pre- i postsynaptyczne są zawsze względne
Niejednakowe rozmieszczenie jonu wewnątrz i zewnątrz
neuronu jest przyczyna potencjału membranowego
Różnice stężeń utrzymuje działanie pomp błonowych
Pompy są elektrogenne, a wewnętrzna strona błony jest
ujemna w stosunku do zewnętrznej
W stanie spoczynkowym K+ i
Cl- płyną przez niebramkowane
kanały wyciekowe powodując
ujemny ładunek wnętrza
komórki.
Różnicę potencjałów między
wnętrzem komórki a
otoczeniem nazywamy
potencjałem membranowym
Sheppard 1994
Każdy jon ma swoisty dla siebie potencjał równowagi
Otwarcie kanału swoistego dla danego jonu zmienia otencjał
membranowy w kierunku potencjału równowagi
Otwarcie kanałów Na+ i
Ca2+ zmniejsza ujemność
wnętrza neuronu czyli
powoduje depolaryzację.
Otwarcie kanałów K+
i Cl- powoduje
hiperpolaryzację
STRUKTURA KANAA
ÓW JONOWYCH
Kanał membranowy jest porem utworzonym z kilku
(2 - 5) podjednostek a. A
adunki elektryczne na
podjednostkach określają, jak kanał będzie pracować.
Heterooligomeryczny Homooligomeryczny Pseudooligomeryczny
Niektóre kanały maja dodatkowe podjednostki b i g, modyfikujące
charakterystykę bramkowania poru
Selektywność kanałów K+ i Na+ bramkowanych potencjałem
By przejść przez
Efektywna
kanał Na+ musi
średnica jonu
się chwilowo
zależy od wody
związać z filtrem
hydratacyjnej
selektywności,
hydrofilne
gdzie zrzuca
K+ jest większy niż
otoczkę wody
Na+, lecz przyciąga
hydratacyjnej.
mniej wody i ma
K+ jest zbyt wielki
mniejszą średnicę
by przejść przez
efektywną . Stąd
Miejsce wiążące Na+
filtr.
hydrofobowe
kanały K+ są
nieprzepuszczalne
K+ Na+
dla Na+
Błona
Zewnątrz
Wnętrze
komórkowa
140 mM K +
4 mM K+
Przepływy dyfuzyjne
przepływ
jonowy
K+ Na+
Pompa napędzana
pompa
energia metaboliczną
145 mM Na+
Ponad 40% wydatków
przepływ
energetycznych mózgu
jonowy
50 mV
służy podtrzymaniu
pracy pompy sodowo-
potasowej
12 mM Na+
Przepływy dyfuzyjne
ATPaza SODOWO-POTASOWA
(pompa sodowa)
ATPaza jest białkiem
błonowym, które
używając energii z
hydrolizy ATP
przemieszcza 3 jony
sodowe z wnętrza
komórki na zewnątrz,
równocześnie
przenosząc dwa jony
potasowe z zewnątrz do
komórki
ATPaza Na+/K+ ładuje akumulator błonowy
i zapewnia gotowość neuronu do
odpalenia potencjału czynnościowego
TYPY POA

CZEC
MI
DZY NEURONAMI
Synapsy
niechemiczne
Modulacja sygnału Uniemożliwienie sygnału
Szybka sygnalizacja
Zestawienie Przyłożenie Złącze
(desmosom) szczelinowe
Synapsy
chemiczne
pobudzająca
hamująca
Prosta Typ I Prosta Typ II
Złożona
(asymetryczna) (symetryczna)
ZESTAWIENIE BA
ON
(JUKSTAPOZYCJA)
Elektryczne
prądy
indukowane
Sygnalizacja
potasowa
DWIE KLASY SYNAPS
ELEKTRYCZNA CHEMICZNA
Bezpośredni przepływ prądu Połączenie elektryczne
przerwane
ZA

CZE SZCZELINOOWE
Cytoplazma presynaptyczna
6 podjednostek
3.5 nm
konektyny
20 nm Każda konektyna
tworzy jeden
posiada cztery
zwężenie
Normalna przestrzeń
konekson
międzykomórkowa regiony
(półkanał)
przezbłonowe
Pętle cytoplazmatyczne
Kanały tworzone
przez pory w
dla regulacji
obu błonach
Pętle pozakomórkowe dla
interakcji homofilowych
ZAMKNI
TY OTWARTY
Istotne dla dużych szybkości lub
wielkiej koordynacji sygnałów
SYNAPSA CHEMICZNA
Sygnalizacja elektrochemiczna:
Potencjał czynnościowy nie może przekroczyć szczeliny synaptycznej
Depolaryzacja zakończenia powoduje napływ jonów wapnia
Wapń mobilizuje pęcherzyki synaptyczne zawierające neurotransmiter
Cząsteczki transmitera dyfundują poprzez szczelinę i dochodzą do
receptorów postsynaptycznych
Receptory postsynaptyczne kanały bramkowane ligandem - otwierają
się, pozwalając na napływ Na+ i wypływ K+ (czasem to bardziej złożone)
Prąd jonowy depolaryzuje neuron postsynaptyczny i inicjuje
postsynaptyczne potencjały pobudzające (EPSP)
Nagromadzanie się EPSP generuje postsynaptyczny potencjał
czynnościowy
Presynaptyczny potencjał czynnościowy
Opóz
nienie
Presynaptyczny potencjał czynnościowy
Wzrost przepuszczalności presynaptycznego Ca2+
Napływ wapnia
Opóz
nienie
Presynaptyczny potencjał czynnościowy
Wzrost przepuszczalności presynaptycznego Ca2+
Napływ wapnia
Egzocytoza pęcherzyków - uwalnianie transmitera
Opóz
nienie
Presynaptyczny potencjał czynnościowy
Wzrost przepuszczalności presynaptycznego Ca2+
Napływ wapnia
Egzocytoza pęcherzyków - uwalnianie transmitera
Reakcja transmitera z receptorami postsynaptycznymi
Opóz
nienie
Presynaptyczny potencjał czynnościowy
Wzrost przepuszczalności presynaptycznego Ca2+
Napływ wapnia
Egzocytoza pęcherzyków - uwalnianie transmitera
Reakcja transmitera z receptorami postsynaptycznymi
Aktywacja kanałów błonowych
Prąd synaptyczny powoduje potencjały postsynaptyczne
Opóz
nienie
Presynaptyczny potencjał czynnościowy
Wzrost przepuszczalności presynaptycznego Ca2+
Napływ wapnia
Egzocytoza pęcherzyków - uwalnianie transmitera
Reakcja transmitera z receptorami postsynaptycznymi
Aktywacja kanałów błonowych
Prąd synaptyczny powoduje potencjały postsynaptyczne
Postsynaptyczn potencjał czynnościowy
Opóz
nienie
Kaskada wtórnych
przekaz
ników
Szlak
cyklazy
adenylowej
Kaskada sygnalizacyjna służy wzmocnieniu sygnału
SYGNAA
PRESYNAPTYCZNY REGULUJE GENERACJE
SYGNAA
U W STRUKTURACH POSTSYNAPTYCZNYCH
Zmiany potencjału błonowego po
otwarciu kanałów błonowych:
potencjały postsynaptyczne PSP.
Sumowanie PSP - generacja
potencjału czynnościowego -
(VOCC)
otwarcie kanałów wapniowych
VOCC w somie
Indukowana Ca2+ synteza
czynników transkrypcyjnych -
ekspresja genów kodujących
receptory, neuropeptydy i enzymy
syntetyzujące i metabolizujące
neurotransmitery
Soma: synteza 
białek i neuropeptydów
pęcherzyków synaptycznych,
enzymów,
receptorów,
transporterów,
białek transportowych
mikrotubul i neurofilamentów
Białka są transportowane od somy do zakończeń i
odwrotnie
Klasyczne neurotransmitery są syntetyzowane w
pęcherzykach w zakończeniach nerwowych
TRANSMISJA SYNAPTYCZNA
Generacja sygnału chemicznego w odpowiedzi na
sygnał dochodzący do synapsy
Podstawowa rola jądra  geny regulują sygnał
Dwa typy sygnałów:
Mała molekuła syntetyzowana w pęcherzyku
Potrzebne enzymy syntetyzowane w somie
Peptyd syntetyzowany w somie
Peptydy są transportowane do zakończeń
Zakończenie presynaptyczne:
Składowanie neurotransmitera w
pęcherzykach
uwalnianie z pęcherzyków
wychwyt zwrotny
niszczenie transmitera
Zakończenie presynaptyczne:
Składowanie neurotransmitera w
pęcherzykach
uwalnianie z pęcherzyków
wychwyt zwrotny
niszczenie transmitera
Szczelina synaptyczna
aktywacja autoreceptorów
aktywacja receptorów
niszczenie transmitera
Zakończenie presynaptyczne:
Składowanie neurotransmitera w
pęcherzykach
uwalnianie z pęcherzyków
wychwyt zwrotny
niszczenie transmitera
Szczelina synaptyczna
aktywacja autoreceptorów
aktywacja receptorów
niszczenie transmitera
Zakończenie postsynaptyczne
indukcja potencjałów
postsynaptycznych
generacja wtórnych przekaz
ników
regulacja receptorów i kanałów
wysyłanie sygnału zwrotnego
Neurotransmitery w zakończeniu nerwowym
pęcherzyki magazynujące
transporter pęcherzykowy
stabilizacja pęcherzyków (synapsyna)
wapń, defosforylacja, mobilizacja
pęcherzyków
egzocytoza
OSZCZ
DZANIE UWOLNIONEGO NEUROTRANSMITERA
Na+ - Cl- - zależny
transporter monoamin
Neuron
presynaptyczny
Zawraca cząsteczki
monoamin do
Światło
Transporter
pęcherzyka
zakończenia
pęcherzykowy
presynaptycznego
Transporter Transporter Transporter
dopaminowy noradrenergiczny serotoninowy
Nośniki odmienne od
błonowych ładują
neurotransmiter do
pęcherzyka.
Neurotransmiter poza
pęcherzykiem jest
niszczony przez
Neuron postsynaptyczny
enzymy
Povlock & Amara. 1997
TRANSPORTER MONOAMIN
ZALEŻNY OD JONÓW SODU I CHLORU
2-4 NX (S/T)
Zewnątrz
Błona
Wewnątrz
COOH
NH2
Povlock & Amara. 1997
TRANSPORT SEROTONINY PRZEZ BA
ONY I UWI
ZIENIE JEJ
W P
CHERZYKACH
SERT: Na+/Cl- zależny
transporter serotoninowy.
Kokaina,
Antydepresanty
Napływ kationu 5HT+ jest
napędzany przez przepływ Na+
i Cl- wzdłuż ich gradientu
elektrochemicznego.
Wnętrze
komórki
VMAT: Pęcherzykowy
transporter monoaminowy.
Cytosolowa 5HT jest
akumulowana w
pęcherzykach przy pomocy
Wnętrze
mechanizmu antyportowego
pęcherzyka
sprzężonego z wypływem H
Blakely et al., 1997
CYKL TRANSPORTERA SEROTONINOWEGO
Flip-flopping pomiędzy stanem open-out i open-in
Kolejne wiązanie
pozakomórkowych
Cl-, 5HT+ (S), i w
końcu Na+ zmienia
konformację z
open-out w open-in.
Mechanizm transportu
serotoniny jest
sprzężony z gradientami
Przyłączenie
sodu, chlorku i potasu
wewnątrz-
komórkowego K+
zmienia konformację
open-in w open-out
Rudnick G., 1997
Indukcja potencjałów
synaptycznych przez
neurotransmitery
Trzy sposoby otwierania
kanałów jonowych
Niezależnie od typu
receptora, końcowym
skutkiem działania
transmitera jest otwarcie
kanału jonowego
Ponadto transmiter może
zmieniać metabolizm w neuronie
postsynaptycznym i powodować
tworzenie czynników
transkrypcyjnych
Typy kanałów bramkowanych ligandem
Neurotransmitter
zewnątrz
Receptor Receptor
wewnątrz
Stan spoczynkowy
GDP GDP
GTP GTP
GDP
Stan aktywny
GTP
GDP
CYKL AKTYWACJI RECEPTORA
Cyklaza adenylanowa
Cyklaza adenylanowa
Fosfolipaza C
METABOTROPOWEGO
Fosfolipaza C
Kanały K+
Kanały jonowe
Kinazy receptorowe
sprzężone z białkiem G
REGULACJA RECEPTORA PRZEZ RECEPTOR
Kinaza
białkowa
CYKL ŻYCIOWY
RECEPTORA
Kamienie milowe
rozwoju teorii
neurotransmisji
Po odkryciu przez Santiago Ramon y Cajala
że neurony są indywidualnymi komórkami
zapytano, w jaki sposób się porozumiewają?
1852-1934
Nobel 1906
PIERWSZYM KROKIEM W NEUROTRANSMISJI JEST WYSA
ANIE
SYGNAA
U DO ODPOWIEDNIEGO RECEPTORA
Zakończenie aksonalne
(element presynaptyczny)
Ziarnistości sekrecyjne
(peptydy)
Mitochondria
Szczelina Zona aktywna
synaptyczna
Zagęszczenie
postsynaptyczne
Pęcherzyki synaptyczne
(transmitery klasyczne)
Receptory
Dendryt postsynaptyczny
Neuroscience  Exploring the Brain 2nd Edition 2001 by M.F. Bear, B.W. Connors & M.A. Paradiso. Lippincott, Williams &
Wilkins, Baltimore MD, USA. ISBN: 0683-30596-4
Pierwsze pytania:
" czym jest sygnał 
czym jest neurotransmiter?
" jak sygnał jest odbierany 
czym jest receptor?
Historycznie najpierw zajęto się receptorem
Ewolucja teorii receptorowej
John Langley (1852-1925): zaproponował istnienie  substancji
receptorowej na którą działały wspólnie nikotyna i kurara (1905)
Paul Ehrlich  idea receptorów na powierzchni komórki (1913)
Alfred Joseph Clark  rozważania matematyczne doprowadziły do
teorii receptorowej (1928)
Everhardus J Ariens (1908 -2002)  aktywność wewnętrzna (1954)
Robert Stephenson  wydajność receptora (1956)
Robert F. Furchgott  receptory zapasowe i wydajność wewnętrzna
(1965, 1966)
Monod-Wyman-Changeaux modulacja allosteryczna (1965)
RECEPTORY RZECZYWISTE
Istnienie realne receptorów udowodnił Peter Waser badając
autoradiograficznie przeponę szczura (1957)
Strukturę trójwymiarową zrekonstruowano najpierw w badaniach
krystalograficznych receptora nikotynowego z narządu
elektrycznego drętwy
Obecnie wszystkie receptory zostały sklonowane a ich sekwencje
aminokwasowe poznane. Sklonowanie uważa się za dowód
istnienia receptora