2013-12-27

1

Biologiczne podstawy zachowań;

genetyka zachowania

Robert K. Filipkowski

[e-mail]

Przemiany ENERGII

(przypomnienie)

Mózg
1-

2% masy ciała

25% zużytej energii

CO

2

+ H

2

O + energia świetlna → C

6

H

12

O

6

+ O

2

dwutlenek węgla + woda + energia świetlna → cukry + tlen

6CO

2

+ 6H

2

O + energia świetlna → C

6

H

12

O

6

+ 6O

2

organizmy fotosyntetyzujące

C

6

H

12

O

6

+ 6O

2

→

6CO

2

+ 6H

2

O + energia

organizmy cudzożywne

C

6

H

12

O

6

+ 6O

2

+ 30/32ADP

+ 30/32Pi

→

6CO

2

+ 6H

2

O + 30/32

ATP

reakcja utleniania

glukozy

ATP

– trifosforan adenozyny – przenośnik energii,

waluta energetyczna komórki

ATP ADP + Pi (fosforan) + energia

Przeważnie użyta jest energia
jednego z wiązań:

reszty / grupy fosforanowe

J.W. Kalat, str. 498

ryboza

adenina

Etapy utleniania glukozy

– ODDYCHANIE (KOMÓRKOWE)

1. glikoliza (cytoplazma)

2. cykl kwasu cytrynowego (

mitochondrium

)

3. transport elektronów w łańcuchu oddechowym (

mitochondrium

)

ATP

– trifosforan adenozyny

ADP

– difosforan adenozyny

AMP

– monofosforan adenozyny

cAMP

– cykliczny monofosforan adenozyny

J.W. Kalat, str. 498

2013-12-27

2

Komórki układu nerwowego

Neurony

PRZYJMUJĄ
PRZETWARZAJĄ
PRZEWODZĄ
PRZEKAZUJĄ
PRZECHOWUJĄ

INFORMACJĘ

Glej (neuroglej)

– tworzą go

komórki glejowe

ok. 10 razy więcej niż neuronów

podpora, ochrona, odżywianie neuronów

Podział:
-

astrocyty

-

oligodendrocyty

(+ obwodowe

komórki Schwanna

)

-

mikroglej

makroglej

J.W. Kalat, str. 29-38

astrocyty

duże, liczne
gwiaździsty kształt
długie wypustki
pokrywają one synapsy
wypustki ewent. z rozszerzeniem


funkcje:
-

regulacja zewnątrzkomórkowego stężenia K

+

-

usuwanie neuroprzekaźnika ze szczeliny synaptycznej

+ izolacja synapsy

-

synchronizacja działania neuronów

-

usuwanie pozostałości obumarłych komórek

-

zaopatrzenie neuronów w glukozę

- tworzenie bariery krew-

mózg

- elementy bariery
krew-

mózg

lemocyty

(

komórki Schwanna

)

– poza OUN

oligodendrocyty

– w OUN

-

tworzą osłonkę mielinową

(izolacja elektryczna aksonów,
wielokrotne owinięcie się komórki)

węzły – przewężenia Ranviera

lemocyty

(komórki Schwanna): jedna komórka – jeden akson

oligodendrocyty

: jedna komórka – 30-50 aksonów

Mikroglej

-

element układu odpornościowego

-

małe

-

pochodzą od makrofagów

-

fagocytujące

-

namnażają się (glejoza)

w stanie zapalnym

- funkcje:

-

naprawa uszkodzeń

-

usuwają pozostałości obumarłych

komórek, wirusy, grzyby i in.
mikroorganizmy

Przekazywanie sygnału między komórkami
(co się dzieje na synapsie)

2013-12-27

3

Transmisja synaptyczna

1b. synteza neuroprzekaźników
drobnocząsteczkowych

2. transport neuroprzekaźników
białkowych

1a. synteza neuroprzekaźników
białkowych i pęcherzyków
transportowych

3. potencjał czynnościowy
powoduje napływ jonów wapnia
i uwolnienie neuroprzekaźnika
(

egzocytozę

)

4. neuroprzekaźnik przyłącza
się do receptora

5. zmiana własności neuronu
postynaptycznego

6. neuroprzekaźnik odłącza

się od receptora

7.

wychwyt zwrotny

neuroprzekaźnika

przez białko transportujące

neuron presynaptyczny

neuron postsynaptyczny

neuron presynaptyczny

J.W. Kalat, str. 61

Rodzaje neuroprzekaźników

aminokwasy

- kwas glutaminowy (glutaminian)
- kwas asparaginowy (asparaginian)
- kwas gamma-

aminomasłowy (GABA)

- glicyna

Zmodyfikowane
aminokwasy

- acetylocholina
- serotonina
- dopamina
- noradrenalina
- adrenalina

katecholaminy
(aminy katecholowe)

peptydy

- endorfiny
- dynorfiny
- enkefaliny
- endomorfiny
- substancja P
- neuropeptyd Y
- wazopresyna
- oksytocyna

opioidy

zmodyfikowane
nukleotydy

- ATP
- adenozyna

gazy

- NO
- CO

hormony

zmodyfikowane
kwasy t

łuszczowe

- anandamid
- 2-arachidonoiloglicerol (2-AG)

endokannabinoidy

AGONISTA a ANTAGONISTA

neuron presynaptyczny

neuron postsynaptyczny

agonistą receptorów dla glutaminianu jest:
glutaminian, NMDA, AMPA
antagonista receptora NMDA

– MK-801

Neuroprzekaźniki łączą się z

receptorami postsynaptycznymi

kanały jonowe
bramkowane ligandem
czyli neuroprzekaźnikiem
(

receptory jonotropowe

)

receptory
metabotropowe

związane z układami
wtórnych przekaźników

szybkie
przekaźnictwo
synaptyczne

wolne
przekaźnictwo
synaptyczne

(wolne przekaźnictwo
synaptyczne)

Neuroprzekaźniki łączą się z

receptorami postsynaptycznymi

kanały jonowe
bramkowane ligandem
czyli neuroprzekaźnikiem
(

receptory jonotropowe

)

receptory
metabotropowe

związane z układami
wtórnych przekaźników

- jonoselektywne
-

przyłączenie neuroprzekaźnika

zwiększa przepuszczalność kanału

-

aktywacja białek G

glutaminian

– neuroprzekaźnik pobudzający

GABA

– neuroprzekaźnik hamujący

Glicyna

– neuroprzekaźnik hamujący

Rodzaje neuroprzekaźników i receptorów

aminokwasy

- kwas glutaminowy (glutaminian)
- kwas asparaginowy (asparaginian)
- kwas gamma-

aminomasłowy (GABA)

- glicyna

NMDA, AMPA, mGluR

Receptory

2013-12-27

4

Kanały jonowe bramkowane ligandem (agonistą), receptory jonotropowe

przyłączenie

neuroprzekaźnika

otwarcie kanału
jonowego

przepływ jonów

poprzez błonę

Receptory jonotropowe glutaminianu:

- receptor AMPA
- receptor NMDA

Receptory AMPA

przepuszczalne dla jonów Na

+

, K

+

,

niektóre formy – dla Ca

2+

Receptory NMDA

przepuszczalne dla jonów Ca

2+

, Na

+

, K

+

blokowane przez jony Mg

2+

do aktywacji konieczna obecność glutaminianu

i depolaryzacja

Rodzaje neuroprzekaźników i receptorów

aminokwasy

- kwas glutaminowy (glutaminian)
- kwas asparaginowy (asparaginian)
- kwas gamma-

aminomasłowy (GABA)

- glicyna

NMDA, AMPA, mGluR

Receptory

Transmisja synaptyczna;
inaktywacja i wychwyt zwtrotny

konieczność usunięcia
neuroprzekaźnika ze szczeliny
synaptycznej

neuron presynaptyczny

neuron postsynaptyczny

acetylocholina:
rozkład przez
acetylocholinesterazę

serotonina i katecholaminy:
1. wychwyt zwrotny przez

transportery

2. dezaktywacja przez enzymy

- COMT

- MAO

neuron presynaptyczny

neuron postsynaptyczny

DOPA

dopamina

MAO, COMT

(rozkład)

(stosowana też jako lek, ch. Parkinsona)

inhibitory MAO (IMAO)

:

terapia depresji
i ch. Parkinsona

inhibitory COMT

:

terapia choroby Parkinsona

amfetamina

zwiększa

wydzielanie

dopaminy

haloperidol

(lek antypsychotyczny)

blokuje receptory

- kokaina

(silnie)

- leki przeciwdepresyjne np. SSRI, TLPD

(słabiej)

blokują wychwyt zwrotny dopaminy

Transmisja synaptyczna; synapsa dopaminowa

tyrozyna

(z pożywienia)

J.W. Kalat, str. 68

Przekazywanie sygnałów w komórce

2013-12-27

5

Cząsteczka sygnałowa łączy się

swoiście

z

białkowym receptorem.

Swoistość połączenia oznacza,
że cząsteczka sygnałowa jest
precyzyjnie dopasowana do
białka receptorowego.

Następuje

zmiana konformacji

i uruchomienie

kaskady

wtórnych przekaźników

.

Ostatni

przekaźnik dociera do

jądra komórkowego

aktywując

odpowiedni gen/geny.

aktywacja
istniejącego białka

cząsteczka przenika

przez błonę komórkową

kaskada

wtórnych

przekaźników

transkrypcja genów

kodujących białko
o odpowiednich
właściwościach

Ogólna zasada przekazywania sygnałów w komórce

(nie tylko nerwowej)

- hormony,
- czynniki wzrostu,
-

neuroprzekaźniki

białka modyfikują się
nawzajem

geny włączają się
i wyłączają

sieć wzajemnych
oddziaływań

„chemiczny
komputer
z przetwarzaniem
równoległym”

wtórne
przekaźniki
(np. cAMP)

kinazy
fosfatazy

kinaza

-

enzym katalizujący reakcję

przyłączenia grupy fosforanowej

do określonego białka czyli

fosforylacji

tego białka.

fosfataza

- enzym; katalizuje

defosforylację

białka

• za pośrednictwem białek G

• z udziałem białka Ras

• dzięki istnieniu swoistych receptorów w cytoplazmie

Trzy sposoby przekazywania sygnałów w komórce

Przekazywanie sygnału z udziałem białek G i cAMP

cyklaza
adenylanowa

kinaza białkowa A
(PKA);

fosforyluje wiele białek
w komórce,
np. kanały jonowe,
czynniki trankrypcyjne

2013-12-27

6

Rola tłuszczów/lipidów w organizmie

1. Magazyn tłuszczu (izolacja termiczna, źródło energii)

2. Składniki błon komórkowych

3. Przekazywanie sygnałów w komórce

(np. fosfatydyloinozytol, PI)

w mózgu

Przekazywanie sygnału z udziałem białek G i fosfatydyloinozytolu

receptor

metabotropowy

neuroprzekaźnik

fosfolipaza C

fosfatydyloinozytol

PI

enzym rozkładający PI

białko G

diacyloglicerol

DAG

trifosforan inozytolu

IP

3

Ca2+

siateczka śródplazmatyczna

Ca2+

Ca2+

Ca2+

Ca2+

Ca2+

kinaza białkowa C, PKC

kinaza białkowa II zależna od
wapnia i kalmoduliny, CaMKII

kalmodulina, CaM

(wiąże wapń)

syntaza tlenku azotu, NOS

Przekaźniki wtórne

1. cAMP (cykliczny AMP)

2. IP

3

(fosforan inozytolu)

3. DAG (diacyloglicerol)

4. cGMP (cykliczny GMP)

5. NO (tlenek azotu)

6. Ca

2+

(jony wapnia)

Funkcja

1. aktywacja kinaz

2. uwolnienie Ca

2+

3. aktywacja kanałów
jonowych (cAMP, cGMP)

• za pośrednictwem białek G

• z udziałem białka Ras (działanie neurotrofin)

• dzięki istnieniu swoistych receptorów w cytoplazmie

Trzy sposoby przekazywania sygnałów w komórce

Czynniki wzrostu (neurotroficzne)

1. czynnik wzrostu nerwów (

NGF

)

2. czynnik wzrostu pochodzenia mózgowego (

BDNF

)

3. neurotrofiny 3 i 4/5 (

NT-3

,

NT-4/5

)

Funkcje:
- rozwojowa (hamowanie apoptozy)
-

stymulowanie rozgałęzień aksonów (np. w czasie uczenia się)

- stymulowanie

odrastania aksonów po uszkodzeniu

kaskada kinaz

Przekazywanie sygnału przez neurotrofiny

swoiste połączenie

dimeryzacja receptora

typu Trk

fosforylacja

Trk

informacja o potrzebie
wzrostu i podziału

m.in. białko

Ras

zaangażowane
wyłącznie białka

kaskada

– wzmocnienie

sygnału

zaburzenia

–

nowotworzenie

2013-12-27

7

• za pośrednictwem białek G

• z udziałem białka Ras (działanie neurotrofin)

• dzięki istnieniu swoistych receptorów w cytoplazmie

Trzy sposoby przekazywania sygnałów w komórce

1. Cząsteczka sygnałowa (np. hormon

sterydowy) przenika przez błonę

komórkową.

2. Cząsteczka sygnałowa łączy się w

cytoplazmie ze swoistym receptorem.

3. Receptor uwalnia się od białka

zakrywającego część receptora

kierującą go do jądra (identyfikator).

4. Kompleks hormon-receptor wchodzi do

jądra komórkowego.

5. Kompleks hormon-receptor odnajduje

odpowiedni rejon regulatorowy genu i

stymuluje transkrypcję.

wejście czynnika
transkrypcyjnego do jądra

Przekazywanie sygnałów z udziałem

wewnątrzkomórkowych receptorów

por. J.W. Kalat, str. 326

Czynniki transkrypcyjne, przykłady

1. CREB

2. AP1 (Fos + Jun)

3. SRF

4. Zif268

APOPTOZA (programowana śmierć komórki)

-

śmierć niezbędna do życia

-

usuwane są zużyte lub uszkodzone

komórki.

-

zaplanowane samobójstwo komórki

w organizmie ma na względzie
dobro całego organizmu.

Porównanie śmieci

komórki na drodze:

Szlaki przekazywania sygnału

śmierci

wewnętrzny zewnętrzny
(mitochondrialny) (receptorowy)

2013-12-27

8

Białka biorące udział w apoptozie

i chroniące przed apoptozą

za przeciw

kaspazy

białka FLIP

endonukleazy

białka IAP

cytochrom c

czynniki troficzne

antyapoptotyczne
proapoptyczne białka rodziny Bcl-2

białka rodziny Bcl-2 np. Bcl-2, Bcl-Xl

np. Bid, Bak, Bax

Apoptoza

zjawisko fizjologiczne niezbędne do
prawidłowego funkcjonowania organizmu:
-

odgrywa rolę w tworzeniu właściwych połączeń

neuronowych podczas rozwoju mózgu (

ok. połowa

neuronów wymiera w czasie rozwoju

)

-

eliminuje niedojrzałe limfocyty T w grasicy które

nieprawidło funkcjonują w układzie odpornościowym

-

odnawianie nabłonków

-

eliminacja komórek uszkodzonych