Agnieszka Gizak

[e-mail]

375 95 38

Fizjologia – ”nauka o naturze”

nauka o czynnościach życiowych

organizmów

1.   Komórka pobudliwa 1: neuron

2.   Transmisja synaptyczna, receptory i szlaki

sygnalizacyjne

3.   Nerwowe ośrodki regulatorowe: ośrodkowy
i autonomiczny układ nerwowy

4.   Układ endokrynny

5.   Komórka pobudliwa 2: mięśnie

6.   Transport gazów (oddychanie, krążenie)

7.Homeostaza energetyczna (glukostaza,
termostaza)

Obowiązujący:

 „Fizjologia człowieka” pod red. S.J. Konturka

Polecane:

„Neurobiologia - krótkie wykłady” Alan Longstaf

„Biochemia” L. Stryer i wsp.

„Biologia komórki” B. Alberts i wsp.

„Receptory i mechanizmy przekazywania sygnału” pod

redakcją J.Z. Nowaka i J.B. Zawilskiej

„Fizjologia Lekarska” F.W. Ganong

KOMÓRKA

POBUDLIWA:

NEURON

www.alz.o
rg

1.

BUDOWA NEURONU

2.

POTENCJAŁ SPOCZYNKOWY,

ROZMIESZCZENIE JONÓW Na

+,

K

+

, Cl

-

,

ANIONÓW BIAŁKOWYCH;

POTENCJAŁ

RÓWNOWAGI

3.

TRANSPORT PRZEZ BŁONY – TYPY

TRANSPORTU

blokery transportu:

TETRODOTOKSYNA,

SAXITOKSYNA, GLIKOZYDY NAPARSTNICY

4.

POTENCJAŁ CZYNNOŚCIOWY

5.

PRZEWODZENIE ORTODROMOWE I

ANTYDROMOWE, TYPY WŁÓKIEN NERWOWYCH

CO NALEŻY
ZNAĆ.

NEURON

• PODSTAWOWA JEDNOSTKA - STRUKTURALNA I

FUNKCJONALNA - UKŁADU NERWOWEGO

• WIELE TYPÓW, ALE PLAN BUDOWY

WSPÓLNY

• WYSPECJALIZOWANA W PRZENOSZENIU

INFORMACJI POMIĘDZY POSZCZEGÓLNYMI

CZĘŚCIAMI CIAŁA

• ILOŚĆ: ~10

12

;

GŁÓWNIE W OUN

• KOMÓRKA
POBUDLIWA

Neuron –
budowa

=
„WEJŚCIE”

=
„WYJŚCIE”

Wyrostki kolczyste na dendrytach

Każdy neuron tworzy
średnio 1000
„kontaktów” z innymi
neuronami

Murthy_HHMI_teachers_2005_sub.ppt

KOLBKA
SYNAPTYCZNA

http://www.dls.ym.edu.tw/neuroscien
ce
http://www.medicalook.com/systems
_images/

Typy transportu organelli
w komórkach nerwowych

Transport
aksonalny
postępujący

Transport
aksonalny
wsteczny

Szybki

•
przemieszczanie
organelli wzdłuż
mikrotubul przy
pomocy

kinezyny

(100-

400 mm/24h)

• transport
głównie
pęcherzyków z
neurotransmite
rami oraz
mitochondriów

Wolny

• dzięki

polimeryzac
ji/
depolimeryz
acji
cytoszkielet
u
aktynowego
(5
mm/24h)

• recyrkulacja
pęcherzyków
synaptycznych

• zachodzi dzięki

dyneinie

TRANSPORT
AKSONALNY

KINEZYN
A

DYNEINA

http://bio.winona.edu/berg/ANIMTNS/Directry.htm

TYPY NEURONÓW

2-
BIEGUNOWY

1-
BIEGUNOWY

WIELOBIEGUNO
WY

PIRAMIDAL
NY

LEMOCYTY (kom.
Schwanna)

• TWORZĄ
MIELINĘ W
OBWODOWYM
UN

KOMÓRKI GLEJOWE

Mikroglej

(ZDOLNE DO
FAGOCYTOZY,
MOBILNE)

Makrogle
j

ASTROCYTY

OLIGODENDROCY
TY

• TWORZĄ
MIELINĘ W
OŚRODKOWYM UN

/

www.anatomy.dal.ca/Human_Neuroanatomy/new_picts/astrocytes2.jp
g

ASTROCYTY

ROLA:

• ODŻYWIANIE NEURONÓW,
• OCHRONA KOMÓREK NERWOWYCH, BARIERA KREW-
MÓZG,

• MODULACJA SYGNAŁÓW NEURONALNYCH,
• UCZESTNICTWO W METABOLIZMIE
NEUROPRZEKAŹNIKÓW,

• WYDZIELANIE NEUROPRZEKAŹNIKÓW (GLUTAMINIAN)

CZYM RÓŻNIĄ SIĘ OD NEURONÓW?

• NIE TWORZĄ SYNAPS,
• NIE GENERUJĄ POTENCJAŁÓW CZYNNOŚCIOWYCH,
• NIE WYDZIELAJĄ NEUROPRZEKAŹNIKÓW -

TAKIE POGLĄDY DOMINOWAŁY DO 2001 r.

KOMÓRKI GLEJOWE

ASTROCYTY

TWORZENIE OSŁONKI

MIELINOWEJ

PRZEZ LEMOCYT

OLIGODENDROCYT

MIELIN
A

•

KTÓRE WŁÓKNA SZYBCIEJ

PRZEWODZĄ

IMPULSY NERWOWE – Z

OSŁONKĄ CZY BEZ NIEJ?

AKSONY MAJĄ RÓŻNE ŚREDNICE: 1 – 20 µm

•

KTÓRE Z NICH PRZEWODZĄ IMPULSY

SZYBCIEJ?

Odpowiada na działanie bodźca zmianą

potencjału błonowego, odwróceniem polaryzacji

błony komórkowej

Zmiana ta rozprzestrzenia się na całą komórkę

Neuron – komórka pobudliwa.

Co to znaczy?

Błona komórkowa

TRANSPORT PRZEZ BŁONY: BIERNY ORAZ

CZYNNY (AKTYWNY)

-

DYFUZJA PROSTA: ZGODNIE Z GRADIENTEM STĘŻEŃ

- DYFUZJA UŁATWIONA: ZGODNIE Z GRADIENTEM STĘŻEŃ,

PRZEZ

NOŚNIKI BŁONOWE – NP. KANAŁY DLA K

-

AKTYWNY: WYMAGAJĄCY ENERGII – NP.  Na

+

/K

+

-ATPaza

Dyfuzja (prosta) przez błonę

komórkową

A woda?

„

Fizjologia człowieka” S. J. Konturek (red.)

Akwaporyny

homotetramery

~ 28 kDa
monomer

Wazopresyna (ADH – hormon antydiuretyczny

= zmniejszający diurezę czyli wydzielanie

moczu) zwiększa „odzyskiwanie” wody z moczu

regulując wbudowywanie AQP2 w ściany

kanalików zbiorczych nerki.

(alkohol i kofeina hamują wydzielanie

wazopresyny)

Akwaporyny – „kanały
wodne”

AQP1 – 13

www.obrazky.pl/

OSMOZA – przepłwy rozpuszczalnika przez
półprzepuszczalną błonę z miejsca o niższym stężeniu
subst. rozpuszczonych do miejsca o wyższym stęż. tych
substancji (aż do wyrównania stężeń).

P

OSMOLARNOŚĆ – ILOŚĆ MOLI SUBSTANCJI ROZPUSZCZONYCH W

LITRZE H

2

O (OSMOLALNOŚĆ – W KILOGRAMIE H

2

O)

STAŁA V KOMÓRKI – WARUNEK NIEZBĘDNY DO PRZEŻYCIA

R-R

IZOTONICZNY

(IZOOSMOTYCZN

Y)

R-R

HIPERTONICZNY

(HIPEROSMOTYCZ

NY

)

R-R HIPOTONICZNY

(HIPOOSMOTYCZN

Y

)

BŁONA KOMÓRKOWA W STANIE SPOCZYNKU

K+

Na+ Cl-

K
+

A-

ZEWNĘTRZNA STRONA BŁONY

KOMÓRKOWEJ

WNĘTRZE
KOMÓRKI

Na

+

Cl-

BŁONA KOMÓRKOWA JEST
SPOLARYZOWANA

Potencjał spoczynkowy – stała różnica potencjału

elektrycznego między wnętrzem komórki a

środowiskiem zewnętrznym.

ROZMIESZCZENIE JONÓW – POLARYZACJA

BŁONY

jon

Wnętrze

komórki

Środowis

ko

zewnętrz

ne

K

+

160 mM 4.5 mM

Na

+

7 mM

144 mM

Cl

-

7 mM

114 mM

Potencjał elektryczny spoczynkowy: -70 mV

(neurony

)

•Gradient
chemiczny:

K

+

- out

Na

+

- in

Cl

-

- in

Jon

Potencjał
równowagi

K

+

-90 mV

Na

+

+60 mV

Cl

-

-70 mM

(Potencjał spoczynkowy neuronu:
-70 mV)

•Gradient
elektryczny:

K

+

- in

Na

+

- in

Cl

-

- out

•Potencjał równowagi:

GRADIENTY W POPRZEK BŁONY
KOMÓRKOWEJ

Błona komórkowa w
spoczynku

Na+

Cl-

K
+

Na+

Cl-

K
+

A-

ZEWNĄTRZ

WNĘTRZE NEURONU:

Potas może
przechodzić przez
błonę komórkową w
stanie spoczynku

Sód – tylko w
minimalnym
stopniu.
Chlor i aniony
organiczne – wcale.

Rezultat – wnętrze
komórki jest
naładowane
ujemnie w stosunku
do zewnętrza.

- 70
mV

BŁONA KOMÓRKOWA JEST

PÓŁPRZEPUSZCZALNA

Kanał dla K

+

- stale

otwarty.

DLACZEGO WIĘC STĘŻENIE POTASU W KOMÓRCE

JEST TAK WYSOKIE???

Na

+

-K

+

-ATPaza (pompa sodowo-potasowa):

• 3 Na

+

- do ECF (extracellular fluid)

• 2 K

+

- do ICF (intracellular fluid)

• jest w KAŻDEJ komórce
• przenośnik antyportowy; transport aktywny (ATP-
zależny)

• przenośnik podlega fosforylacji/defosforylacji
stymulującej zmiany konformacji

Gradient stężenia potasu (i sodu) tworzony

jest dzięki działaniu transportu aktywnego.

NA DZIAŁANIE TEJ POMPY NEURON ZUŻYWA
70% SWEJ ENERGII.

DZIAŁANIE POMPY SODOWO-POTASOWEJ

Mg

2+

STRYER, BIOCHEMISTRY, 4th EDITION

(Na

+

/K

+

-ATPaza =>2α+2β)

http://bio.winona.edu/berg/ANIMTNS/Directry.ht
m

Glikozydy naparstnicy – „glikozydy
nasercowe”

Grupa związków mająca zdolność pobudzania pracy
serca (przez hamowanie Na

+

/K

+

-ATPazy). Zwiększają

siłę skurczu mięśnia sercowego (stosowane przy
niewydolności serca).

digitoksyna

Konwalia majowa zawiera
GLIKOZYDY KARDENOLIDOWE,
które działają 10 razy silniej niż
digitoksyna.

Naparstnica - łac. Digitalis
– stąd DIGITONINA i
DIGITOKSYNA

KANAŁ POTASOWY NAPIĘCIOZALEŻNY -

„BRAMKOWANY NAPIĘCIEM”

Reaguje na zmianę polaryzacji błony komórkowej

BRAMKA
ZAMKNIĘTA

BRAMKA
OTWART
A

JEDNA BRAMKA -
AKTYWACYJNA

http://fig.cox.miami.ed
u/

NAPIĘCIOZALEŻNY KANAŁ Na

+

Ma 2 bramki, których stan zależy od potencjału błonowego
komórki.

Upraszczając:
Ma 3 stany konformacyjne:

zamknięty, otwarty,

inaktywowany

Gdy na komórka jest w spoczynku jest w stanie

zamkniętym

1. Gdy wartość potencjału błony przekroczy -55 mV
kanał się

otwiera

i Na

+

swobodnie wpływa do komórki

(wnętrze przejściowo +), ale:

3. Po 1-2 ms przechodzi w

stan inaktywacji

, kończąc

napływ Na

+

do komórki

5. Kanał wraca do

stanu zamkniętego

, gdy potencjał

błonowy odzyska ujemną wartość (ok. -65 mV).

DOPIERO WTEDY KANAŁ MOŻE BYĆ PONOWNIE OTWARTY

ZAMKNIĘT
Y

OTWART
Y

INAKTYWOWA
NY

ZAMKNIĘT
Y

Reasumując

4 NAJWAŻNIEJSZE DROGI PRZEMIESZCZANIA SIĘ
JONÓW PRZEZ BŁONĘ KOMÓRKOWĄ
NEURONÓW:

- NIEBRAMKOWANY KANAŁ UCIECZKI POTASU

- POMPA SODOWO POTASOWA

- KANAŁ SODOWY BRAMKOWANY NAPIĘCIEM

- KANAŁ POTASOWY BRAMKOWANY NAPIĘCIEM

KANAŁY B.N. SĄ ROZMIESZCZONE
NIERÓWNOMIERNIE:

- Wzgórek aksonu – najliczniejsze

- Przewężenia Ranviera w zmielinizowanych

- W aksonach bez mieliny +/- równomiernie na całej
długości aksonu

- 70 mV

+ 35
mV

- 55 mV

bodziec

ODWRÓCENIE
POLARYZACJI

(DEPOLARYZACJA)

0 mV

REPOLARYZACJA

HIPERPOLARYZACJA

Co się dzieje podczas
pobudzenia?

PRÓG
POBUDZENI
A

INAKTYWACJA KANAŁÓW
Na

+

(ujawnia się skutek

ucieczki K

+

)

OTWARCIE
KANAŁÓW
Na

+

.

NAPŁYW Na

+

DO
KOMÓRKI

POWOLNE
OTWIERANIE
KANAŁÓW K

+

.

K

+

OPUSZCZA

KOMÓRKĘ

K

+

DYFUNDUJE Z

KOMÓRKI „W
NADMIARZE”

ZAMYKANIE (WOLNE) KANAŁÓW
K

+

. POWRÓT KANAŁÓW Na

+

DO

STANU SPOCZYNKU

K

+

WYPŁYWA Z

KOMÓRKI,
PRZYWRACAJĄ
C POTENCJAŁ
SPOCZYNKOW
Y

ZAMKNIĘT
Y

OTWART
Y

INAKTYWOWA
NY

ZAMKNIĘT
Y

W CZASIE POMIĘDZY OTWARCIEM BRAMKI

AKTYWACYJNEJ KANAŁÓW Na

+

A ICH

POWROTEM DO STANU ZAMKNIĘTEGO, KANAŁY

TE

NIE MOGĄ

BYĆ PONOWNIE POBUDZONE.

JEST TO TZW. OKRES REFRAKCJI

BEZWZGLĘDNEJ.

1. OGRANICZA MAKSYMALNĄ SZYBKOŚĆ

PRZEWODZENIA P.CZ.

2. SPRAWIA, ŻE PRZEWODZENIE P.CZ. JEST

JEDNOKIERUNKOWE - ORTODROMOWE.

FALA DEPOLARYZACJI W AKSONIE

Kanał
Na

+

http://bio.winona.edu/berg/ANIMTNS/Directry.ht
m

STWARDNIENIE ROZSIANE (SCLEROSIS
MULTIPLEX)

Rozsiana demielinizacja neuronów w mózgu i rdzeniu
kręgowym.

Choruje 30-100 na 100
000. Z reguły dotyczy
osób młodych, między
20. a 40. r. ż. Szczyt
zachorowań: 30-35 lat.

Schorzenie
autoimmunologiczne.
Prawdopodobnie
zapoczątkowywane
infekcją wirusową
(retrowirusy, np. wirus
opryszczki).

www.msrc.co.uk/images/gallery/mye
lin2.jpg

Żaby
Harlequina

Tetraodon
sp.

Tetrodotoksyna (TTX), saksitotoksyna (STX)

– blokują

napięciozależne kanały Na

+

TTX

Występuje u wielu gatunków stawonogów,
płazów, ryb, głowonogów

Octopus
sp.

Gonyaulax
catenella
(Dinoflagellate)

STX

WYSTĘPUJE U
KILKU GATUNKÓW
GLONÓW

Tetrodotoksyna (TTX) - (8

µg/kg)

Saxitoksyna (STX) - (5

µg/kg)

Ryba fugu (rozdymkowate) –
przysmak japońskiej kuchni. Tetrodotoksyna
głównie w wątrobie i jajnikach czy jądrach (ale też
w skórze i krwi).

Paraliż => Śmierć przez uduszenie.

PODSUMOWUJĄC:

• Bodziec podprogowy

– wywołujący tylko lokalną

depolaryzację

• Bodziec progowy

– prowadzący do masowego

otwierania kanałów sodowych bramkowanych
napięciem i do powstania potencjału
czynnościowego (wartość tego bodźca jest różna
dla różnych komórek)

• Depolaryzacja

– dodatnia zmiana potencjału

błonowego w stosunku do potencjału
spoczynkowego.

• Hiperpolaryzacja

– przejściowy spadek

potencjału poniżej wartości spoczynkowych =
obniżonej pobudliwości komórki

• Repolaryzacja

– powrót do polaryzacji

spoczynkowej błony komórkowej

SUMOWANIE SIĘ
BODŹCÓW

PRZESTRZEN
NE

CZASOWE

CO SIĘ DZIEJE, GDY DEPOLARYZACJA DOTRZE DO

KOLBKI SYNAPTYCZNEJ?

SZCZELINA
SYNAPTYCZNA

POBUDZENIE DOCIERA
DO KOLBKI
SYNAPTYCZNEJ

POBUDZENIE WĘDRUJE
WZDŁUŻ NASTĘPNEGO
NEURONU

PĘCHERZYKI Z

NEUROTRANSMITERE

M

NEUROTRANSMITER
UWOLNIONY DO
SZCZELINY
SYNAPTYCZNEJ POBUDZA
NASTĘPNY NEURON

www.cs.stir.ac.uk