2013-12-27
Przemiany ENERGII
(przypomnienie)
Biologiczne podstawy zachowań;
genetyka zachowania
Mózg
1-2% masy ciała
25% zużytej energii
Robert K. Filipkowski
[e-mail]
ATP  trifosforan adenozyny  przenośnik energii,
waluta energetyczna komórki
organizmy fotosyntetyzujące
dwutlenek węgla + woda + energia świetlna cukry + tlen
CO2 + H2O + energia świetlna C6H12O6 + O2
6CO2 + 6H2O + energia świetlna C6H12O6 + 6O2
adenina
organizmy cudzożywne
ryboza
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + energia
reszty / grupy fosforanowe
Przeważnie użyta jest energia
reakcja utleniania glukozy
jednego z wiązań:
C6H12O6 + 6O2 + 30/32ADP + 30/32Pi 6CO2 + 6H2O + 30/32ATP
ATP ADP + Pi (fosforan) + energia
J.W. Kalat, str. 498
Etapy utleniania glukozy  ODDYCHANIE (KOMÓRKOWE)
ATP  trifosforan adenozyny
1. glikoliza (cytoplazma)
ADP  difosforan adenozyny
AMP  monofosforan adenozyny
2. cykl kwasu cytrynowego (mitochondrium)
cAMP  cykliczny monofosforan adenozyny
3. transport elektronów w łańcuchu oddechowym (mitochondrium)
J.W. Kalat, str. 498
1
2013-12-27
Neurony
PRZYJMUJ

PRZETWARZAJ

Komórki układu nerwowego
PRZEWODZ

PRZEKAZUJ

PRZECHOWUJ

INFORMACJ

J.W. Kalat, str. 29-38
Glej (neuroglej)  tworzą go komórki glejowe
ok. 10 razy więcej niż neuronów
podpora, ochrona, odżywianie neuronów
Podział:
- astrocyty
makroglej
- oligodendrocyty (+ obwodowe komórki Schwanna)
- mikroglej
lemocyty (komórki Schwanna)  poza OUN
duże, liczne
oligodendrocyty  w OUN
gwiaz
dzisty kształt
długie wypustki
lemocyty (komórki Schwanna): jedna komórka  jeden akson
pokrywają one synapsy
oligodendrocyty: jedna komórka  30-50 aksonów
wypustki ewent. z rozszerzeniem
astrocyty
- tworzą osłonkę mielinową
- elementy bariery
funkcje:
(izolacja elektryczna aksonów,
krew-mózg
- regulacja zewnątrzkomórkowego stężenia K+
wielokrotne owinięcie się komórki)
- usuwanie neuroprzekaz
nika ze szczeliny synaptycznej
+ izolacja synapsy
węzły  przewężenia Ranviera
- synchronizacja działania neuronów
- usuwanie pozostałości obumarłych komórek
- zaopatrzenie neuronów w glukozę
- tworzenie bariery krew-mózg
Przekazywanie sygnału między komórkami
Mikroglej (co się dzieje na synapsie)
- 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
2
2013-12-27
Transmisja synaptyczna
Rodzaje neuroprzekaz
ników
aminokwasy - kwas glutaminowy (glutaminian)
- kwas asparaginowy (asparaginian)
- kwas gamma-aminomasłowy (GABA)
neuron presynaptyczny
- glicyna
1a. synteza neuroprzekaz
ników
Zmodyfikowane - acetylocholina
białkowych i pęcherzyków
aminokwasy - serotonina
transportowych
J.W. Kalat, str. 61
- dopamina
- noradrenalina katecholaminy
- adrenalina (aminy katecholowe)
neuron presynaptyczny
peptydy - endorfiny
1b. synteza neuroprzekaz
ników
- dynorfiny
2. transport neuroprzekaz
ników drobnocząsteczkowych
opioidy
białkowych - enkefaliny
3. potencjał czynnościowy - endomorfiny
powoduje napływ jonów wapnia
7. wychwyt zwrotny neuroprzekaz
nika - substancja P
i uwolnienie neuroprzekaz
nika
przez białko transportujące
- neuropeptyd Y
(egzocytozę)
- wazopresyna
hormony
6. neuroprzekaz
nik odłącza
- oksytocyna
się od receptora
4. neuroprzekaz
nik przyłącza
się do receptora
zmodyfikowane - ATP
nukleotydy - adenozyna
5. zmiana własności neuronu
zmodyfikowane - anandamid
postynaptycznego endokannabinoidy
kwasy tłuszczowe - 2-arachidonoiloglicerol (2-AG)
gazy - NO
neuron postsynaptyczny
- CO
AGONISTA a ANTAGONISTA
agonistą receptorów dla glutaminianu jest:
glutaminian, NMDA, AMPA Neuroprzekaz
niki łączą się z receptorami postsynaptycznymi
antagonista receptora NMDA  MK-801
kanały jonowe receptory
neuron presynaptyczny
bramkowane ligandem metabotropowe
czyli neuroprzekaz
nikiem związane z układami
(receptory jonotropowe) wtórnych przekaz
ników
szybkie wolne
przekaz
nictwo przekaz
nictwo
synaptyczne synaptyczne
(wolne przekaz
nictwo
synaptyczne)
neuron postsynaptyczny
Rodzaje neuroprzekaz
ników i receptorów
Receptory
aminokwasy - kwas glutaminowy (glutaminian) NMDA, AMPA, mGluR
- kwas asparaginowy (asparaginian)
- kwas gamma-aminomasłowy (GABA)
Neuroprzekaz
niki łączą się z receptorami postsynaptycznymi
- glicyna
kanały jonowe receptory
bramkowane ligandem metabotropowe
czyli neuroprzekaz
nikiem związane z układami
(receptory jonotropowe) wtórnych przekaz
ników
- jonoselektywne - aktywacja białek G
- przyłączenie neuroprzekaz
nika
zwiększa przepuszczalność kanału
glutaminian  neuroprzekaz
nik pobudzający
GABA  neuroprzekaz
nik hamujący
Glicyna  neuroprzekaz
nik hamujący
3
2013-12-27
Kanały jonowe bramkowane ligandem (agonistą), receptory jonotropowe
przyłączenie
neuroprzekaz
nika
otwarcie kanału
jonowego
Receptory AMPA Receptory NMDA
przepuszczalne dla jonów Na+, K+, przepuszczalne dla jonów Ca2+, Na+, K+
Receptory jonotropowe glutaminianu:
niektóre formy  dla Ca2+ blokowane przez jony Mg2+
- receptor AMPA
do aktywacji konieczna obecność glutaminianu
- receptor NMDA
i depolaryzacja
przepływ jonów
poprzez błonę
Rodzaje neuroprzekaz
ników i receptorów
Receptory
Transmisja synaptyczna;
aminokwasy - kwas glutaminowy (glutaminian) NMDA, AMPA, mGluR
inaktywacja i wychwyt zwtrotny
- kwas asparaginowy (asparaginian)
- kwas gamma-aminomasłowy (GABA)
- glicyna
konieczność usunięcia
neuron presynaptyczny
neuroprzekaz
nika ze szczeliny
synaptycznej
acetylocholina:
rozkład przez
acetylocholinesterazę
serotonina i katecholaminy:
1. wychwyt zwrotny przez
transportery
2. dezaktywacja przez enzymy
- COMT
- MAO
neuron postsynaptyczny
Transmisja synaptyczna; synapsa dopaminowa
J.W. Kalat, str. 68 tyrozyna (z pożywienia)
neuron presynaptyczny
Przekazywanie sygnałów w komórce
(stosowana też jako lek, ch. Parkinsona)
DOPA
inhibitory MAO (IMAO):
terapia depresji
i ch. Parkinsona
dopamina
MAO, COMT
inhibitory COMT:
terapia choroby Parkinsona
(rozkład)
amfetamina
- kokaina (silnie)
zwiększa
- leki przeciwdepresyjne np. SSRI, TLPD
wydzielanie
(słabiej)
dopaminy
blokują wychwyt zwrotny dopaminy
haloperidol
(lek antypsychotyczny)
blokuje receptory
neuron postsynaptyczny
4
2013-12-27
Ogólna zasada przekazywania sygnałów w komórce
(nie tylko nerwowej)
aktywacja
istniejącego białka
- hormony,
- czynniki wzrostu,
- neuroprzekaz
niki
Cząsteczka sygnałowa łączy się
swoiście z białkowym receptorem.
kaskada białka modyfikują się
Swoistość połączenia oznacza,
wtórnych
nawzajem
że cząsteczka sygnałowa jest
przekaz
ników
precyzyjnie dopasowana do
białka receptorowego.
geny włączają się
i wyłączają
Następuje zmiana konformacji
i uruchomienie kaskady
sieć wzajemnych
wtórnych przekaz
ników.
oddziaływań
transkrypcja genów
kodujących białko
Ostatni przekaz
nik dociera do
o odpowiednich
jądra komórkowego aktywując
właściwościach
odpowiedni gen/geny.
cząsteczka przenika
przez błonę komórkową
kinaza - enzym katalizujący reakcję
przyłączenia grupy fosforanowej
do określonego białka czyli
fosforylacji tego białka.
 chemiczny
komputer
fosfataza - enzym; katalizuje defosforylację białka
z przetwarzaniem
równoległym
wtórne
przekaz
niki
(np. cAMP)
kinazy
fosfatazy
Przekazywanie sygnału z udziałem białek G i cAMP
Trzy sposoby przekazywania sygnałów w komórce
" za pośrednictwem białek G
cyklaza
" z udziałem białka Ras
adenylanowa
" dzięki istnieniu swoistych receptorów w cytoplazmie kinaza białkowa A
(PKA);
fosforyluje wiele białek
w komórce,
np. kanały jonowe,
czynniki trankrypcyjne
5
2013-12-27
Przekazywanie sygnału z udziałem białek G i fosfatydyloinozytolu
Rola tłuszczów/lipidów w organizmie
neuroprzekaz
nik
1. Magazyn tłuszczu (izolacja termiczna, z
ródło energii)
receptor enzym rozkładający PI
metabotropowy fosfolipaza C
fosfatydyloinozytol
2. Składniki błon komórkowych
PI
w mózgu
białko G
diacyloglicerol
3. Przekazywanie sygnałów w komórce
(np. fosfatydyloinozytol, PI) DAG
trifosforan inozytolu
IP3
kinaza białkowa C, PKC
kalmodulina, CaM
(wiąże wapń)
siateczka śródplazmatyczna
kinaza białkowa II zależna od
Ca2+
wapnia i kalmoduliny, CaMKII
Ca2+
Ca2+ Ca2+
Ca2+
Ca2+
syntaza tlenku azotu, NOS
Przekaz
niki wtórne
Trzy sposoby przekazywania sygnałów w komórce
Funkcja
1. cAMP (cykliczny AMP)
1. aktywacja kinaz
2. IP3 (fosforan inozytolu)
" za pośrednictwem białek G
2. uwolnienie Ca2+
3. DAG (diacyloglicerol)
" z udziałem białka Ras (działanie neurotrofin)
3. aktywacja kanałów
jonowych (cAMP, cGMP)
4. cGMP (cykliczny GMP) " dzięki istnieniu swoistych receptorów w cytoplazmie
5. NO (tlenek azotu)
6. Ca2+ (jony wapnia)
Czynniki wzrostu (neurotroficzne) Przekazywanie sygnału przez neurotrofiny
informacja o potrzebie
wzrostu i podziału
1. czynnik wzrostu nerwów (NGF)
swoiste połączenie
dimeryzacja receptora typu Trk
zaangażowane
2. czynnik wzrostu pochodzenia mózgowego (BDNF)
wyłącznie białka
fosforylacja Trk m.in. białko Ras
3. neurotrofiny 3 i 4/5 (NT-3, NT-4/5)
kaskada  wzmocnienie
sygnału
kaskada kinaz
zaburzenia 
nowotworzenie
Funkcje:
- rozwojowa (hamowanie apoptozy)
- stymulowanie rozgałęzień aksonów (np. w czasie uczenia się)
- stymulowanie odrastania aksonów po uszkodzeniu
6
2013-12-27
Przekazywanie sygnałów z udziałem
wewnątrzkomórkowych receptorów
Trzy sposoby przekazywania sygnałów w komórce
por. J.W. Kalat, str. 326
1. Cząsteczka sygnałowa (np. hormon
sterydowy) przenika przez błonę
komórkową.
" za pośrednictwem białek G
2. Cząsteczka sygnałowa łączy się w
cytoplazmie ze swoistym receptorem.
" z udziałem białka Ras (działanie neurotrofin)
3. Receptor uwalnia się od białka
zakrywającego część receptora
" dzięki istnieniu swoistych receptorów w cytoplazmie
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
Czynniki transkrypcyjne, przykłady APOPTOZA (programowana śmierć komórki)
- śmierć niezbędna do życia
- usuwane są zużyte lub uszkodzone
komórki.
1. CREB
- zaplanowane samobójstwo komórki
w organizmie ma na względzie
2. AP1 (Fos + Jun) dobro całego organizmu.
3. SRF
4. Zif268
Porównanie śmieci
Szlaki przekazywania sygnału
komórki na drodze:
śmierci
wewnętrzny zewnętrzny
(mitochondrialny) (receptorowy)
7
2013-12-27
Białka biorące udział w apoptozie Apoptoza
i chroniące przed apoptozą
zjawisko fizjologiczne niezbędne do
za przeciw
prawidłowego funkcjonowania organizmu:
kaspazy białka FLIP
- odgrywa rolę w tworzeniu właściwych połączeń
endonukleazy białka IAP
neuronowych podczas rozwoju mózgu (ok. połowa
cytochrom c czynniki troficzne
neuronów wymiera w czasie rozwoju)
- eliminuje niedojrzałe limfocyty T w grasicy które
antyapoptotyczne
nieprawidło funkcjonują w układzie odpornościowym
proapoptyczne białka rodziny Bcl-2
- odnawianie nabłonków
białka rodziny Bcl-2 np. Bcl-2, Bcl-Xl
- eliminacja komórek uszkodzonych
np. Bid, Bak, Bax
8