Biochemia układu nerwowego

Układ nerwowy rozpatrywany jest trójtorowo: fizjologia układu nerwowego i niektóre
zachowania behawioralne związane z neurofizjologią, molekularne i biochemiczne aspekty
oraz ściśle kliniczne zagadnienia.
Neurony można podzielić na 3 grupy:

· sensoryczne- odbierają albo same albo z komórek receptorowych sygnał zewnętrzny

lub wewnętrzny i przekazują go do układu nerwowego. Istnieje spór czy wypustki to
dwa aksony czy jest to rozgałęziony akson. To powoduje, że przy narządach zmysłów
neurony sensoryczne pod względem kanałów jonowych zachowują się troszkę inaczej
niż inne neurony

· motoryczne(lokomocyjne)- przekazują sygnały do wykonania przez mięśnie-

zarówno te które obsługujemy świadomie(m. poprzecznie prążkowane) jak i
niezależne od nasze woli (układ sympatyczny i parasympatyczny- m. gładkie i
fibroblasty). Do tej grupy należą też tzw. neurony pośredniczące o standardowej
budowie (chociaż formalnie nie kontaktują się z mięśniami i innymi efektorami)-
posiada największe najbardziej rozbudowane ciało komórki neuronów, dendryty-
wypustki zbierające informacje, jeden długi akson (najdłuższy 1,5m), który jest
podłączony do efektora (daje efekt).

· wielopolarne- zaliczane są neurony szarej substancji mózgowej tworzące sieci

neuronalne; akson nadaje kierunek pracy sieci neuronalnej

Podstawą funkcjonowania neuronów są kanały jonowe odpowiednio zróżnicowane co do
funkcji. Muszą utrzymać (+) na zewnątrz neuronu a (-) w środku oraz częściowo utrzymać
polaryzację- ciało neuronu ma ładunek (-) a wypustki na końcu mają (+)- jest to podwójna
polaryzacja → neuronu jako całości i zewn/wnętrze błony.
Dwa podstawowe typy kanałów to są kanały K

+

(poza narządami zmysłów są cały czas

otwarte i pracują płynnie wymieniając K w czasie przepływu potencjału elektrycznego przez
wypustki neuronów) oraz ich przeciwkanały- kanały Na

+

. Wyróżniamy 3 grupy tych kanałów

Na

+

: otwierane potencjałem (kiedy zmienia się polaryzacja błony kanał ulega otwarciu lub

zamknięciu w zależności od typu neuronu), kanały otwierane ligandem (neurotransmiterem
albo neurohormonem lub w przypadku neuronów czuciowych sygnałem zewnętrznym
(światło, dźwięk), kanały otwierane sygnałem wewnątrzneuronalnym (tzw. wtórny przekaźnik
w procesie sygnalizacji wewnątrzkomórkowej). (Budowa wszystkich typów kanałów na egz.-
budowa kanałów Na, K, Ca, Cl).
Kanał Na reagujący na zmianę potencjału
Stanem wyjściowym jest kanał zamknięty ale aktywny. Jeżeli jest brak bodźca (polaryzacja
błony, ligandu, sygnału) jest kanałem nieaktywnym. Kiedy następuje wymuszenie przepływu
sygnału- zamknięty aktywny kanał otwiera się. Po przepłynięciu porcji jonów Na kanał
otwarty staje się nieaktywny- musi być aktywowany żeby mógł zareagować. Kiedy jest
zamknięty aktywowany może się otworzyć itd. Cykl przebiega mniej więcej w ten sam
sposób: kanał jest zamknięty ale aktywny- dociera sygnał w postaci zmiany polaryzacji błony,
ligandu i kanał się otwiera; w momencie kiedy ustąpi działanie sygnału kanał staje się
nieaktywny itd.- kolejny sygnał- zamknięty ale aktywny, otwarty po przepływie sygnału
nieaktywny. Kanały Na sterowane zmianą polaryzacji błony posiadają swojego rodzaju
odbiorniki (sensory) zmiany polaryzacji błony- jest to specjalna domena w podjednostkach
kanału Na, która czuje zmianę polaryzacji błony.
Z kanałów nietypowych należy wyróżnić kanały posiadające „kulkę na łańcuchu”, które są
nie tylko otwierane ale i zamykane tą cząsteczką w formie globularnej, która fizycznie zatyka
kanał. Posiadają sensor dla tej kulki na łańcuchu- istnieje filtr pozwalający selekcjonować
jony przepuszczane przez dany kanał.

Inne kanały rzadko spotykane- kanały typu shakera. Posiadają dwie podjednostki, z których
jedna jest klasycznym kanałem a druga ruchomym trzpieniem, który powoduje zamknięcie
lub otwarcie. Kanał jest zamknięty kiedy trzpień jest głęboko wsunięty, otwarty kiedy trzpień
wysuwa się na zewnątrz komórki. Ciekawą właściwością tych kanałów jest to, że potrafią się
one otwierać stopniowo a nie tak jak jest przy innych kanałach gdzie jest to proces
dwustopniowy (kanał może być albo otwarty albo całkowicie zamknięty). Zachodzi tu
stopniowe otwieranie się, przesuwanie podjednostki ruchomej. Naukowcy twierdzą, że ta
cecha jest ściśle powiązana za pamięć krótko- i długotrwałą oraz za proces efektywnego
uczenia się.
Kolejną cechą związaną z kanałami jest ich rozmieszczenie. Z reguły kanały rozmieszczone
są stosownie do typu aksonu. W aksonach niemelinowanych rozmieszczone są mniej więcej
równomiernie (dotyczy to głównie kanałów sodowych) natomiast w aksonach melinowanych
(motoryczne lub występujące w sieciach neuronalnych szarej substancji) istnieją
pogrupowania w węzłach Ranviera, które zapewniają prawidłowe jonowe funkcjonowanie
aksonów.

Dla prawidłowego funkcjonowania aksonu jako całości konieczne są elementy

architektury molekulanej neuronów, które obejmują dwie grupy białek:

· białka strukturalne- tubulina, który tworzy struktury łączące dendryty z ciałem

komórki i ciało komórki z aksonem i z synapsą; tubulina jest heterodimerem
zbudowanej z podjednostki α i β; prawdopodobnie aranżuje się ona samoistnie w
momencie dojrzewania posttranslacyjnego i tworzy rurki tubulinowe zwane
protofilamentami, stabilizowane przez białko dyneinę (dyneinę konstrukcyjną), która
z kolei łączy protofilamenty tworząc architekturę wewnętrzną dendrytów i aksonów.

· białka motoryczne poruszające się po tych protofilamentach; wyróżniamy dwie

grupy: kinezyny (poruszają się od końca (-) do (+) czyli od ciała komórki na
zewnątrz) i dyneiny z grupy dynein ruchomych, które przemieszczają to co
transportują w odwrotną stronę- z peryferii do ciała komórki. W ten sposób
transportowane są pęcherzyki z neurotransmiterem(szczególnie ważne dla aksonu)
oraz organella (mitochondria- musi działać wymiana mitochondriów na najbardziej
aktywne, które muszą działać w pobliżu synapsy gdzie jest kumulacja działań
energetycznych neuronu; rybosomy w neuronach z neurotransmiterami peptydowymi,
które służą do syntezy białek). Białka motoryczne używają energię przede wszystkim
w postaci ATP. Kinezyny należą do białek kroczących- poruszają się po mikrotubuli
przez dostawienie nóżki. Rozróżniamy kinezyny szybkie, wolne i pomocnicze.
Kinezyny występujące w neuronach są heterotetramerami i składają się z dimeru,
który posiada właściwości ATPazy i równocześnie znajduje się domena łącząca to co
jest transportowane- pęcherzyk z neurotransmiterem. Natomiast na końcach nóżek
znajdują się domeny globularne kroczące, które są cięższe od domen niosących i
ATPazowej. Powodują one dostawianie nóżek na skutek zmian konformacji
trzeciorzędowej białka. Dyneiny zachowują się jak toczące się koło (nie kroczą).
Jeden typ to dyneiny, które przetaczają się a druga grupa posiada kotwiczkę, która
odczepia się co umożliwia ruch.

Neurotransmisja
Neuron klasyczny zawiera neurotransmitery niskocząsteczkowe (aminy aromatyczne,
aminokwasy). Neuropeptydowy neuron- używa peptydów jako neurotransmiterów. Różnica
obejmuje funkcjonowanie samej synapsy. Pierwsze etapy klasycznej neurotransmisji i
neuropeptydotransmisji są takie same. Musi zajść synteza neurotransmitera, jego konwersja
do formy aktywnej i zapakowanie do pęcherzyka wydzielniczego (synaptycznego), transport
aksonem do synapsy (kinezyny). Różnica pojawia się na procesach zachodzących w synapsie.

Klasyczne niskocząsteczkowe transmitery mają trzy etapy: są przechowywane i
transportowane w obrębie samej synapsy (jak się zbliża bodziec muszą zostać
dotransportowane do błony presynaptycznej). Przechowywanie polega na tym, że w obrębie
tych mikrotubul są miejsca gdzie gromadzone są na zasadzie upakowań pęcherzyków
neurosynaptycznych. Ponieważ są niskocząsteczkowe obserwuje się zjawisko przeciekania-
część neurotransmitera wycieka nie powodując żadnego efektu (zbyt mała ilość). Synapsa jest
zdolna do uzupełniania neurotransmiterów- pierwsza różnica w neurotransmisji pomiędzy
neuroem klasycznym a neuropeptydowym. Druga różnica- te neurotransmitery po zadziałaniu
na błonę postsynaptyczną są wchłaniane z powrotem do neuronu bez względu na to czy
uległy zmanie na skutek działania na tą błonę czy nie. Mogą zostać wykorzystane w nowej
syntezie lub systemem transportu zwrotnego wracają do ciała neuronu gdzie są przerabiane,
rozkładane. W przypadku neuropeptydów zachodzi tylko przechowywanie i transport do
błony presynaptycznej. W momencie kiedy neuropeptyd zostanie wydzielony i zastymuluje
błonę postsynaptyczną jest rozkładany- nie wraca, a ponieważ jest duży więc nie ma potrzeby
uzupełniania.
Pęcherzyki synaptyczne
Pęcherzyki synaptyczne obudowane klatryną ( białko triskelionowe- składające się z 3
łańcuchów ciężkich oraz 3 łańcuchów lekkich, które tworzą węzeł tych łańcuchów ciężkich;
łańcuchy ciężkie mają na końcach domeny globularne terminalne, które z jednej strony służą
utrzymaniu łańcuchów lekkich i integralności triskelionu a z drugiej- aranżują spinanie się
triskelionów między sobą i aranżację pęcherzyka transportowego (neurosynaptycznego).

Etapy pobudzenia synapsy:

· stan spoczynku- zarówno akson jak i dendryt mają spolaryzowane błony, akson ma

zgromadzone pęcherzyki z neurtransmiterem

· pobudzenie- do synapsy dociera pobudzenie albo w formie ligandowej albo

sygnałowej lub najczęściej zmiana polaryzacji błony; pęcherzyki synaptyczne zbliżają
się do błony presynaptycznej i następuje integracja z błoną- przygotowanie do
wydzielenia. Działają pompy wapniowe w synapsie, następuje wrzucenie dużej ilości
Ca do wnętrza synapsy a pojawienie się tego Ca powoduje uwolnienie
neurotransmitera.

· neurotransmiter wędruje do receptorów błony postsynaptycznej

· uruchomienie zmian w błonie postsynaptycznej (depolaryzacja błony lub kaskada

transmisji sygnału-receptor uruchamia białka G lub fosfolipazy β lub γ albo inny
system typowy dla dendrytu na który został przekazany sygnał)

Proces transportu zwrotnego u neurotransmiterów klasycznych- powrót neurotransmitera po
pobudzeniu błony postsynaptycznej do synapsy. W momencie kiedy nastąpiła stymulacja i
neurotransmiter został wydalony do szczeliny synaptycznej (zadziałał na błonę
postsynaptyczną), jest uwalniany z receptorów postsynaptycznych i z udziałem jonów Na
(kotransport) wraca do synapsy. Aby zrównoważyć te wprowadzone jony Na razem z
wracającym neurotransmiterem działa pompa Na/K, która przywraca równowagę Na/K
naruszoną na skutek transportu zwrotnego. Układ nerwowy jest mocno energochłonny-
pochłania energię cały czas- przy syntezie neurotransmiterów, przy szykowaniu pęcherzyków
do działania, przy przywracaniu gradacji Na i K pomiędzy synapsą a otoczeniem.
Etapy działania pęcherzyka synaptycznego
Pęcherzyk synaptyczny posiada białka umożliwiające rozpoznanie błony presynaptycznej,
posiada transporter neurotransmitera, ATPazę typu V (razem z transporterem jonów Ca
zapewnia odpowiednie stężenie jonów wewnątrz pęcherzyka synaptycznego), transporter

ATP (kontroluje poziom neurotransmitera w pęcherzyku oraz proces przyłączenia pęcherzyka
do błony presynaptycznej). Proces ten można podzielić na osiem etapów:

· przygotowanie pęcherzyka do działania ( jeżeli długo przebywa w synapsie to

uzupełnienie neurotransmitera jeżeli krótko to ma wystarczający poziom
neurotransmitera); wiąże się to ze zużyciem energii oraz z pracą pompy antyportowej
neurotransmiter/H

+

· przemieszczenie z systemem kinezynowym i/lub kinezynowo dyneinowym

pęcherzyka z neurotransmiterem do sfery działania- w pobliże błony presynaptycznej

· zadokowanie pęcherzyka na błonie presynaptycznej
· pobranie jonów Ca

2+

· uwolnienie neurotransmitera;

· w momencie kiedy pęcherzyk jest pusty rozpoznaje to klatryna, opłaszcza pęcherzyk;

klatryna powoduje endocytozę pęcherzyka i jego powrót do części centralnej synapsy;

· następuje przywrócenie równowagi jonowej w pęcherzyku,
· pobranie energii i pęcherzyk z tzw. pustego pęcherzyka neurotransmiterowego z

powrotem napełnia się neurotransmiterem chyba, że jest bardzo zużyty to jest
rozkładany a na jego miejsce napływają pęcherzyki z ciała komórki.

Proces dokowania ( zawsze na egzaminie!!)- kluczowy dla funkcjonowania synapsy. Od
strony pęcherzyka neurotransmiterowego mamy następujące białka:

· synaptofizyna- białko dimeryczne

· synaptobrewina- (białko WAMP) wbija się w błonę presynaptyczną

· synaptotagnina- białko monomeryczne

Synaptobrewinie i synaptotagninie albo tylko synaptobrewinie pomaga białko RAB 3-
rozpoznanie białek kotwiczących. 4 w/w białka znajdują się na pęcherzyku synaptycznym.
W błonie presynaptycznej oczekuje na nich kompleks odpowiadający, komplementarny do
tych

białek→

synaptofizynie

odpowiada

dimeryczna

synaptoporyna,

natomiast

synaptobrewinie, RAB 3 i synaptotagninie odpowiada kompleks białek monomerycznych
syntaksyny i neureksyny. Kiedy od strony pęcherzyka synaptobrewina RAB 3 i
synaptotagnina łączą się z syntaksyną i neureksyną to jedna z domen synaptotagniny naciska
na receptory kanału jonowego i powoduje uwolnienie dodatkowej porcji jonów Ca z
przestrzeni międzybłonowej potrzebnej do otworzenia pęcherzyka i uwolnienia
neurotransmitera. Istnieją białka wspomagające i białka porządkujące od wnętrza synapsy
powierzchnię błony presynaptycznej.
Reakcja błony postsynaptycznje przebiega według schematów sygnalizacji komórkowej-
neurotransmisja polegająca na depolaryzacji błony, neurotransmisja polegająca na współpracy
z białkami G, które otwierają kanały i neurotransmisja białka G i wtórne przekaźniki(często
wzmacniają efekt w błonie postsynaptycznej).
Neurotransmiterów znanych jest kilkadziesiąt- aminy, złożone pochodne aminokwasów
(serotonina pochodząca od Trp- przykład gdzie prosta modyfikacja wymaga kilkuetapowego
procesu enzymatycznego). Substancje neurotransmisyjne zwłaszcza niskocząsteczkowe nie
mogą się pojawiać w sposób czysto przypadkowy co jest domeną zewnętrznego pobudzania
układu nerwowego (związki narkotyczne). Neuropeptydy najczęściej syntetyzowane są
wspólnie z hormonami lub neurohormonami- syntetyzowany jest prekursor wieloskładnikowy
(endorfiny funkcjonujące w neuronach neuropeptydowych syntetyzowane są razem z
kortykotropiną oraz lipotropinami). Endorfiny odpowiadają za odczuwanie przyjemności w
centralnym układzie nerwowym co związane jest ze zwiększeniem aktywności organizmu a
kortykotropiny i lipotropiny pomagają uruchomić zapasy energetyczne żeby zapewnić
prawidłowe funkcjonowanie organizmu.

Najważniejsze typy synaps
Pierwsze dwie grupy związane z aminami.

· synapsy noradrenergiczne- klasycznym neurotransmiterem jest norepinefryna;

klasyczne funkcjonowanie- synteza w ciele albo w synapsie, przygotowanie
pęcherzyka do działania, wydzielenie, noradrenalina po działaniu wraca do synapsy z
udziałem mitochondriów jest albo rozkładana albo wraca do pęcherzyków
synaptycznych i cykl się zamyka.

· synapsy dopaminergiczne- działają mniej więcej tak samo; neurotransmiterem jest

dopamina lub jej analog; etapy jak wyżej; kontrola przez system MAO- system
oksydaz monoaminowych

· synapsy aminokwasowe- GABAergiczne i glutaminergiczne; różnicą w stosunku do

synaps aminowych jest fakt, że aminokwasy są ogólnym produktem szlaków
metabolicznych- nie ma problemu, że neurotransmitera może być za dużo i potrzebny
jest system kontrolny MAO; tutaj jest dość komórek, które nadmiar aminokwasu
rozłożą; kontrolę proadzą komórki glejowe, które współuczestniczą w uzupełnianiu
poziomu Glu, Gln, GABA i równocześnie kontrolują ich poziom w otoczeniu
neuronów GABAergicznych i glutaminergicznych. Najważniejszą cechą metabolizmu
komórek glejowych jest tzw. uproszczony cykl transaminacji i w jego ramach mamy
syntezę kwasu GABA, Gln i Glu. Synapsy GABAergiczne są synapsami
homogennymi- działa tam tylko kwas GABA, jeden rodzaj receptora. W przypadku
synaps glutaminergicznych mamy różne typy receptorów (postsynaptyczne MMDA,
które reagują na pewne typy związków stymulujących; receptory typu kainowego- kw.
kainowy działa na nie stymulująco, receptoty typu AMPA, receptory metabotropowe
gdzie działa np. kw. lipotenowy)

· synapsy cholinergiczne- są odrębnym typem mimo, że zachowują się jak synapsy

neurotransmiterów klasycznych, niskocząsteczkowych czyli amin i aminokwasów.
Schemat jest taki sam tyle, że ligand w szczelinie synaptycznej ulega zmianie-
acetylocholina, która jest ligandem, nerotransmiterem jest rozkładana na cholinę i
octan. Octan nie jest ponownie pobierany, pobierana jest tylko cholina, która w
synapsie jest acetylowana i po acetylacji jako acetylocholina wraca do pęcherzyka i
cykl się powtarza. Pojawia się tu etap rozkładu.

Nie tylko komórki glejowe metabolizują kwas gamma aminomasłowy i Glu, Gln ale też sam
akson dokonuje syntezy, która jest sprzężona w bardzo precyzyjny sposób pomiędzy aksonem
a komórkami glejowymi. Okazało się też, że istnieją w mózgu takie momenty neurotransmisji
kiedy neurotransmiterem jest NO. Tyle tylko, że okazało się, że nie jest to przekaz
bezpośredni tylko tzw. transport zwrotny- w neuronach opartych o kw. glutaminowy NO
pojawia się jako wtórny sygnał, który stymuluje zwrotnie synapsę i transmisję
presynaptyczną. Pojawiła się koncepcja messengerów zwrotnych- transmisja synaptyczna
może być wzmacniana nie tylko przez siłę sygnału wychodzącego z synapsy i błony
presynaptycznej ale przez siłę wzmocnienia zwrotnego pochodzącą z pobieranych także przez
błonę postsynaptyczną kanałami wapniowymi dużą ilość jonów Ca. Z tymi badaniami
powązane są również badania dotyczące procesów uczenia się.
Z procesami uczenia się związane są neurony wspomagające dwóch typów- inhibitory
pobudzające (pobudzają synapsę właściwą przy pomocy odpowiednich ligandów,
neurotransmiterów) i kaskady cAMP wzmacniającej efekt pracy synapsy przez wzmożone
wyrzucanie jonów potasowych. W ten sposób prawdopodobnie działa pamięć krótkotrwała i
pamięć szybka. Istnieje też możliwość działania odwrotnego a mianowicie hamowania
aktywności, czyli spowalnianie działania synapsy neuronu presynaptycznego. W tym
przypadku przypuszcza się, że chodzi o pamięć długotrwałą i spadek aktywności neuronów

inhibitorowych powoduje zanikanie pamięci. Naruszenie równowagi tych dwóch typów
neuronów powoduje sklerozę. Ponadto synapsa może być łączona normalnymi
komunikatorami międzykomórkowymi- tzw. złącza komórkowe- wtedy przekaz jest nie tylko
przez szczelinę presynaptyczną ale praktycznie przez kanał między komórkami. Znaczenia
tego odkrycia na razie nie znaleziono.

Narządy zmysłów

Oko
Siatkówka- dwa typy komórek światłoczułych w naszym oku- czopki i pręciki, które
pochodzą z przekształconych aksonów. Zasada reakcji na światło związana jest ściśle z
rodopsyną- białko opsyna osadzone w elementach światłoczułych komórek siatkówki razem z
przyłączonym retinalem w różnych konformacjach co pozwala na widzenie czarno białe-
widzenie intensywności światła (kontury powierzchni) oraz na widzenie barwne. Aby
odbierać światło, kontury, ruch ważne są pręciki a jeśli chodzi o kolory to czopki, które co
prawda mają mniej elementów światłoczułych ale są wrażliwe na kolory.
Jeśli chodzi o proces reakcji na światło to jest to tzw. proces rodopsynowy, który obejmuje
cykl przemian biochemicznych (egz!!!!)- obejmuje 3 cykle białkowe i cykl błonowy.
Pierwszą reakcją jest pobudzenie rodopsyny przez światło- w momencie kiedy jest pobudzona
następuje interakcja z transducyną, która odłącza GDP, przyłącza GTP i rozpada się na dwie
grupy podjednostek: podjednostkę GTPazową α oraz podjednostkę właściwą pobudzającą
następny cykl czyli fosfodiesterazę- podjednostkę β współpracującą z podjednostką γ.
Zdysocjowane podjednostki transducyny pobudzają cykl fosfodiesterazowy gdzie następuje
oddysocjowanie podjednostki fosfodiesterazy γ i aktywowane w ten sposób podj α i β razem
powodują zmianę funkcjonowania kanału- nie otworzenie kanału a zamknięcie kanałów Na
przede wszystkim i Ca. W momencie kiedy bodziec przejdzie przez komórkę sensoryczną do
podjednostki fosfodiesterazy α i β przyłączają się podjednostki γ i następuje stan oczekiwania
na bodziec. W tym czasie podobna rzecz dzieje się w transducynie- wszystkie trzy
podjednostki łączą się i czekają na bodziec ponownie pobudzonej rodopsyny. Rodopsyna
odbudowuje się z pomocą odpowiedniej kinazy białkowej i ATPazy czyli następuje zmiana
konformacji retinalu. I znowu- pobudzenie przez światło, rodopsyna pobudzona, pobudzenie
transducyny, pobudzenie fosfodiesterazy, działanie na kanały, które się zamykają. W
momencie kiedy cały system jest nieaktywny działa cyklaza guanylanowa, która powoduje
uwolnienie cGMP i otworzenie kanału kiedy system rodopsyna, transducyna, fosfodiesteraza
jest nieaktywny. Sumarycznie sprowadza się to do bardzo prostego schematu- w momencie
kiedy mamy pobudzenie- kanały Na zamykają się (nie tak jakw normalnych neuronach dzie
następuje otwarcie kanałów sodowych) co jest sprzężone z funkcjonowaniem kanałów
potasowych.
Jeśli chodzi o związek długości fali światła z rodzajem rodopsyny to przedstawia się to
następująco: światło czerwone- pobudzenie pasma rodopsyny albo lumirodopsyny;
niebieskie- lumirodopsyna i meta rodopsyna; zielone- obie metarodpsyny (?)

Dla soczewki kluczowe jest właściwe funkcjonowanie warstw zrogowaciałych- gdzie
kluczowym białkiem jest krystalina (czyni soczewkę i przednią część rogówki
przezroczystą). Jakiekolwiek zakłócenia związane z ciśnieniem śródgałkowym, ciśnieniem w
komorze przedsoczewkowej oraz zakłócenia biosyntezy białka powodują, że możemy mieć
problemy z kształtem soczewki (krótkowzroczność, dalekowzroczność, astygmatyzm itd.).
Przy dysfunkcjach krystaliny mamy zanikanie przezroczystości soczewki- zaćmę. W tej
chwili przypuszcza się, że jest to związane z gospodarką jonami- Na, K, Cl, HCO

3

-

. Niektórzy

badacze uważają, że obie komory oka- przed soczewką i ciało śródoczne- posiadają własny

system transportu HCO

3

-

, który pozwala prawidłowo funkcjonować soczewce i gałce ocznej.

Charakterystyczny jest bardzo specyficzny metabolizm gałki ocznej (trochę podobnie jak w
przypadku erytrocytów)- uproszczony metabolizm cukrowy. Zarówno soczewka jak i wnętrze
oka mają tylko fragment procesu glikolizy- przekształcenie glukozy do glukozo-6- fosforanu i
glukozo-laktonu, który jest wycofywany z oka i przekształcany przez tkanki otaczające,
natomiast energia uzyskana z tych procesów jest wystarczająca dla funkcjonowania oka.
Drugim procesem jest przekształcanie glukozy przez sorbitol we fruktozę i fruktoza jest
podstawowym cukrem, który jest następnie metabolizowany normalnie (końcówka glikolizy i
cykl kwasów trójkarboksylowych). Dlatego też przy problemach z ciśnieniem oka bardzo
pomaga alkohol- sorbitol podawany ludziom i dlatego znakomicie działa miód, który ma
bardzo dużo fruktozy.

Zmysł węchu

Komórki węchowe również wykształcają się z neuronów jak komórki wzrokowe jednak mają
nieco inną aranżację gdyż odbieraja nie bodziec fizyczny a konkretny związek chemiczny,
który zachowuje się jak ligand w kaskadzie sygnalizacji komórkowej. Warstwa śluzu w nosie
pełni funkcję selektora- pozwala niektórym zapachom dotrzeć od razu do receptorów,
niektóre zapachy są transportowane przez białka receptorowe, pozostałe są modyfikowane
przez enzymy modyfikujące, które uwalniają zmodyfikowany ligand zapachowy i dopiero
może on zadziałać na receptor. Prawdopodobnie bezpośrednie działanie na receptory mają
związki kluczowe dla naszego działania i bezpieczeństwa np. siarkowodór wykrywamy od
razu (ostrzegał nas kiedyś przed zapachem zepsutego mięsa), feromony (konieczność
rozmnażania) a wszystkie pozostałe zapachy to cechy indywidualne w czym udział biorą
białka wiążące.
W komórce zapachowej zachodzą dwa typy reakcji. Pierwszy typ związany jest z kaskadą
fosfolipazy C- związek zapachowy działa na receptor, na białka G, które aktywują fosfolipazę
C, która uwalnia 3-fosfoinozytol- ten z kolei działa jako sygnał wewnątrzkomórkowy i
otwiera kanały Ca- Ca dostaje się do środka i komórka węchowa czuje (następuje
depolaryzacja). Druga kaskada to jest działanie zapachów (ligandów zapachowych) na
receptor, na białka G i na cyklazę adenylanową. Cyklaza wiąże się jako sygnał wtórny
wewnątrzkomórkowy z kanałem Na- pobór jonów Na, depolaryzacja błony- czujemy zapach.

Zmysł smaku

Mechanizm działania jest podobny chociaż tutaj mamy do czynienia z przekształconymi
komórkami nabłonka, które tworzą kubki smakowe i do tych komórek nabłonka dobiegają
dopiero neurony czuciowe. Obecnie wiadomo już, że na języku nie ma kubków na konkretny
smak- wszystkie kubki są mieszane tylko maja przewagę komórek reagujących na konkretny
smak. Ponadto wykryto piąty smak- smak mięsny, który rozpoznaje nukleotydy. Mechanizm
rozpoznawania nukleotydów nie jest jeszcze poznany.
Smak najszybciej wykrywany to smak słony. Mechanizm działania jest bardzo prosty. Duże
stężenie jonów Na w stosunku do fizjologicznego powoduje, że wnikają one do komórki
czującej smak słony i zmieniają działanie trzech pomp- pompy antyportowej Na/K,
niezależnie działających kanałów Na i K oraz kanału Ca. Zmiana relacji Na/K powoduje
depolaryzację błony co pobudza neuron, który odbiera sygnał od komórki sensorycznej-
czujemy smak słony.
Wykrywanie substancji słodkich- monosacharydów odbywa się poprzez kaskadę białka G z
cyklazą adenylanową; cAMP powoduje aktywację kanałów K co powoduje zmianę
polaryzacji błony, jony Ca i pobudzenie neuronu, który komunikuje się z komórką czującą

smak słodki. Prawdopodobnie komórki czujące smak słodki mają alternatywne receptory na
ligandy, które nie mają smaku słodkiego, gdzie następuje kaskada fosfolipazy C i reakcja
polegająca wyłącznie na pobraniu jonów Ca (nie depolaryzacja błony)- czujemy, że coś nie
jest słodkie ale też nie odczuwamy goryczy przykrej.
Dla goryczy przykrej mamy dwa niezależne systemy czucia. System białka G sprzężony z
fosfolipazą C (mechanizm pobudzenia komórki nerwowej na zasadzie uwolnienia jonów Ca z
zapasów własnych komórki sensorycznej i jony Ca pobudzają reakcję synaptyczną. Drugi typ
reakcji oparty jest o transducynę i jest to białko albo bardzo podobne do transducyny oka albo
białko o charakterze kinazy białkowej (na razie tego nie wiadomo). Białko to powoduje
bodziec ale nie w oparciu o Ca własny komórki sensorycznej ale w oparciu o jony Ca
pobierane z zewnątrz. W tym miejscu jest spór jakiego typu ligandy smaku gorzkiego w ten
sposób działają.
Smak kwaśny- zmiana stężenia jonów H

+

. Smak mięsny wciąż jest badany.

Narząd słuchu

Komórki działają podobnie jak komórki smakowe z tym, że reagują one nie na bodziec
chemiczny tylko na bodziec fizyczny- fale dźwiękową. Mechanizm jest stosunkowo niejasny.
Wiadomo, że obejmuje on trzy procesy. Po pierwsze w błonie, w której osadzone są rzęski
czuciowe następuje pobranie jonów potasowych co prawdopodobnie automatycznie powoduje
depolaryzację błony. Drugie zjawisko wynika w sposób pośredni z pojawienia się jonów K i
jest to pobranie dużej ilości Ca z zewnątrz komórki. Trzecie zjawisko- interakcja pomiędzy
własnymi jonami Ca a pompą K i Ca usuwającą K i Ca z komórki słuchowej.
Rzęski w kępkach odbierających dźwięki- aranżacja dwóch typów rzęsek; rzęski dłuższe,
które są stabilne i krótsze, które są ruchome. Krótsze posiadają domenę elastyczną podobną
do domeny elastycznej w miozynie. Ta domena łączy się z białkiem motorycznym-
prawdopodobnie z dyneiną i równocześnie powoduje otwieranie kanałów potasowych.
Stosownie do proporcji długości, ilości domen elastycznych, ilości białek motorycznych-
całość działa jako rzecz zblokowana tzw. kinocilium. Proporcja kinocilium (rzęsek dłuższych)
do stereociliów (rzęsek krótszych) decyduje o tym jakie komórka słuchowa odbiera
wysokości tonów i częstotliwości tonów.

Patologie układu nerwowego i narządu zmysłów

Patologie tego rodzaju związane są często z patologiami ogólnymi a tylko w jednym
przypadku są ściśle przypisane układowi nerwowemu (mutacje w obrębie synaps). W
przypadku mutacji i nieprawidłowego funkcjonowania synaps dopaminergicznych pojawia się
schizofrenia. Ostatnio schizofrenii nie uważa się jako jednolitej choroby a dopuszcza się, że
schizofrenia zależy nie tylko od mutacji w obrębie synaps dopaminergicznych ale także
GABAergicznych i serotoninergicznych. Niektóre grupy schizofrenii są dużo łagodniejsze np.
mutacje w obrębie synaps serotoninergicznych.
Z synapsami dopaminergicznymi wiąże się także choroby afektywne- manie prześladowcze.
Choroba Parkinsona dotyczy prawdopodobnie synaps GABAergicznych i dopaminergicznych
ale nie w substancji szarej tylko w móżdżku, który odpowiada za właściwości ruchowe.
Kolejna grupa chorób to wszelkiego rodzaju migreny, które wiążą się z synapsami
serotoninergicznymi.
Dopóki nie przebadano dokładnie złogów amyloidowych (złoża białka w neuronach),
chorobę Alzheimera uważano za wynik mutacji w obrębie synaps cholinergicznych (działają z
neurotransmiterem acetylocholiną). W tej chwili chorobę Alzheimera uważa się za klasyczny
przykład choroby wielokierunkowej gdzie złoża amyloidowe pojawiają się w ostatniej fazie

choroby. Poza dysfunkcją synaps cholinergicznych choroba ta jest przykładem serpinopatii
(zakłócenia syntezy inhibitorów enzymów proteolitycznych) a także zakłócenia kaskady
dojrzewania proteolitycznego białek.
Kolejna grupa chorób to tzw. miastemie- wiążą się z zakłóceniem funkcjonowania synaps
nerwowo- mięśniowych- niemożność pobudzania mięśni do skurczu.
Pląsawice (głównie Huntingtona) związane są z synapsami dwóch rodzajów: GABAergiczne i
glutaminergiczne- niemożliwość utrzymania stabilnego napięcia mięśni (drgawki). Pląsawice
rozróżnia się w zależności od tego, które typy synaps są mocniej zdegenerowane i czy są one
związane także z synapsami nerwowo- mięśniowymi.
Zakłócenia w działaniu synaps neuropeptydowych związane są z padaczką, śpiączkami
pochodzenia endogennego oraz hipoglikemią dziedziczną- w/w przypadki to czyste
neuropatie.

Ponadto z funkcjonowaniem neuronów mogą wiązać się następujące uszkodzenia
patologiczne

· syndrom antyfosfolipidowy- zakłóca autonomiczną pracę serca, pojawianie się na

zasadzie syndromu autoagresywnego dużej ilości przeciwciał przeciwko kardiolipinie
i przeciwko syntetazie kwasu lizobifosfatydowego.

· kanałopatie- uszkodzenia w strukturze białkowej kanałów lub podjednostek kanałów;

do tej grupy należy m.in. stwardnienie rozsiane

· choroby związane z kanałami w obrębie szczeliny synaptycznej-wiążą się z mutacją

białka CFTR (specyficzne białko błony postsynaptycznej, które jest jednoznacznie
związane ze stwardnieniem rozsianym)

· choroby neurologiczne ekscytotoksyczne – wiążą się one z nieprawidłowym

poziomem

(najczęściej

zbyt

wysokim

stężeniem)

neurotransmiterów

lub

nieprawidłowym pobieraniem zwrotnym neurotransmiterów. Są to 3 grupy chorób
tzw. amiotropie- niezdolność pewnych grup mięśni do reakcji na bodziec nerwowy,
niektóre stany epileptyczne i niektóre tzw. wrodzone degeneracje obszarów mózgu.

· syndrom zmęczenia- ok. 30 syndromów (Ashera, Pendreda?) - zakłócone są białka

odpowiedzialne

za

wiązanie

pęcherzyka

z

neurotransmiterem

do

błony

presynaptycznej a dodatkowo prawdopodobnie zakłócone są niektóre białka w
komórkach glejowych

· syndrom permanentnego świądu- zakłócone są receptory opioidowe, receptory

histaminowe, hormony wazokonstrykcyjne (powodują obkurczanie się naczyń)

· bezsenności (ansomie)- dochodzi przede wszystkim do zakłócenia sieci neuronalnych

ii niemożność prawidłowego kojarzenia się neuronów między sobą. Część
bezsenności powiązana jest ze zmianami w komórkach węchowych

· nieprawidłowe widzenie barw- jeżeli mamy nieprawidłowy odbiór barwy czerwonej

(pigment czerwony rodopsynowy jest na niewłaściwym poziomie) mamy tzw.
trichomację (daltonizm); jeżeli jest nieprawidłowy poziom rodopsyny odbierającej
kolor zielony- deuteroanomalia. Natomiast jeśli uszkodzony jest pigment odbierający
światło niebieskie- dichromacja. Jeżeli równocześnie uszkodzony jest czerwony i
zielony- protanopia, jeśli zielony i niebieski- deuteranopia. Dotychczas nie
stwierdzono jednoczesnego uszkodzenia zielonego i niebieskiego.

· zakłócenia pamięci związane są z kinazami białkowymi, z równowagą systemu Ca

wolnego oraz Ca związanego z kalmoduliną oraz kinazami białkowymi typu C

· porażenie komórek węchowych i/lub komórek smakowych- nadmiarowy (dobry)

smak/węch lub brak (zły) smak/węch; związane jest z mutacjami w obrębie trzech
białek- T1F3 (utrzymuje białka G na błonie w pobliżu receptorów), T2R (odpowiada

za prawidłową reakcję białka G z wtórnym enzymem np. z fosfolipazą, cyklozą
adenylanową), α gustducyna- podjednostka α białek G związanych ze smakiem