Ugrás a tartalomhoz

Élettani alapismeretek

Cseri Julianna (2011)

Debreceni Egyetem

Sejtek közötti hírközlés

Sejtek közötti hírközlés

Szinaptikus ingerületátvitel

A szinaptikus ingerületátvitel általános jellemzése

Az idegsejtek neuronhálózatokká szerveződnek, receptorokkal és effektor sejtekkel lépnek kapcsolatba. A különböző idegelemek és az effektor sejtek között szinapszisok teremtenek kapcsolatot. A kapcsolat jellege szerint lehet elektromos vagy kémiai kapcsolat.

Az elektromos szinapszis azt jelenti, hogy a két struktúra térben közel helyezkedik el egymáshoz, az ingerület, mint elektromos jel sejtről-sejtre terjed.

A kémiai szinapszisban az ingerület kémiai hírvivők, neurotranszmitterek közvetítésével terjed. A neurotranszmitterek egy része a sejttestben termelődik, az axonban axoplazmatikus transzport segítségével szállítódik és az axonvégződésben szinaptikus vezikulumokban tárolódik. Bizonyos neurotranszmitterek (pl. acetilkolin) szintézise az axonvégződésben zajlik, tárolásuk szintén vezikulumokban történik.

2.16. ábra - Szinaptikus ingerületátvitel

Szinaptikus ingerületátvitel

A vezikulumok egységnyi, kvantumnyi mennyiségű neurotranszmittert raktároznak. Egy-egy vezikulum spontán módon kiürítheti tartalmát a szinaptikus résbe, ezt a folyamatot nevezzük spontán transzmitter-felszabadulásnak. Az idegsejten végigfutó akciós potenciál ún. kiváltott transzmitter-felszabadulást eredményez. Az akciós potenciál alatt az extracelluláris térből Ca2+ ionok lépnek be az axonvégződésbe, a kalciumionok pedig kiváltják a vezikulumok összeolvadását a felszíni membránnal és a vezikulum tartalma exocitózissal kiürül a szinaptikus résbe. Egy-egy akciós potenciál általában azonos számú vezikulum kiürülését eredményezi.

A transzmitter a szinaptikus résben diffundálva eljut a következő elem módosult, ún. posztszinaptikus membránjához, ahol specifikus receptorokhoz kötődik. A ligand-receptor kötődés eredménye valamely ioncsatorna megnyílása (esetleg záródása) lehet.

A konduktanciaváltozások a posztszinaptikus membránon potenciálváltozást okoznak, ún. posztszinaptikus potenciálok alakulnak ki, melyek jellegzetes elektrotónusos potenciálok. Ezek lehetnek depolarizációs irányúak (katelektrotónus) ill. hiperpolarizálóak (anelektrotónus). A posztszinaptikus membránban kizárólag ligand-vezérelt ioncsatornák (ionotróp receptorok) vannak, hiányzanak a feszültségfüggő ioncsatornák. A katelektrotónus – ráterjedve a posztszinaptikus membránon kívüli ún. elektrogenikus membránra, amely feszültségfüggő ioncsatornákkal is rendelkezik – akciós potenciált vált ki. Emiatt a katelektrotónusos potenciálváltozást EPSP-nek, excitatoricus postsynapticus potenciálnak nevezzük. A hiperpolarizáció megakadályozza a posztszinaptikus neuron ingerületét, emiatt az anelektrotónust IPSP-nek, inhibitoricus postsynapticus potenciálnak nevezzük. A válasz jellege a transzmitter milyenségétől és a reagáló ioncsatorna fajtájától függ.

A válasz lezajlása után a transzmitter elbomlik, diffúzióval eliminálódik, vagy visszavételezésre kerül. Az elimináció feltétele az ismételt válaszkészségnek.

A posztszinaptikus potenciálok refrakter periódussal nem rendelkeznek, így térben és időben szummálódnak. Ideg-ideg kapcsolatokban egy-egy szinapszis aktiválódása nem elég a neuron kisüléséhez (akciós potenciál kialakulásához), mivel akciós potenciál csak az axoneredésnél alakulhat ki, az ide terjedő elektrotónusos változás pedig csak sok elemi esemény összegződésével éri el az akciós potenciál kiváltásához szükséges küszöbértéket. A térbeli és időbeli szummáció adja az alapját a neuronok integrációs működésének. A  ábra alsó részén a különböző amplitúdójú szinaptikus potenciálok láthatók, melyeket különböző mértékű neurotranszmitter felszabadulás váltott ki.

A humorális szabályozás sejtszintű folyamatai

A hírvivő anyagok transzportja

A humor latin szó, nedvet jelent, ebből származik a humorális szabályozás kifejezés. A szabályozó funkciót betöltő kémiai anyagok nagy csoportját alkotják a hormonok.

A hormonok sejtek, sejtcsoportok által termelt, hírvivő funkciót betöltő kémiai anyagok, amelyek a termelődés helyétől bizonyos távolságra lévő célsejtekre fejtik ki hatásukat. A hormontermelő és a hormonra reagáló sejt között a kémiai hírvivő molekula a testfolyadékban transzportálódik. A kapcsolat módja alapján endokrin és parakrin mechanizmust különböztetünk meg.

Endokrin mechanizmusról akkor beszélünk, ha a hormontermelő sejtek váladékukat a véráramba juttatják, így a hírvivő molekula a vér közvetítésével jut el a célsejtekhez. A parakrin mechanizmus azt jelenti, hogy a hírvivő molekula a sejtközötti folyadékban diffundálva jut el a célsejthez. A diffúziós távolság viszonylag kicsi, így ez a mechanizmus egymás közelségében lévő sejtek esetében hatékony. Ha a hormon arra a sejtre hat vissza, amely elválasztotta, autokrin mechanizmusról beszélünk.

Sejten belüli jelátvitel

Vízoldékony anyagok esetében a hírvivő molekula a sejtfelszín megfelelő receptorához kapcsolódik. A metabotróp receptorok ún. G-fehérjékkel állnak kapcsolatban, melyek reagálnak a ligand kötődésére.

2.17. ábra - G-fehérjék szerepe a jelátvitelben

G-fehérjék szerepe a jelátvitelben

A G-fehérjék három alegységből ( alfa, béta és gamma alegységből) állnak. Nyugalmi állapotban az alfa alegységhez GDP (guanozindifoszfát) kapcsolódik. A ligand-receptor kölcsönhatás kialakulásakor a komplex kapcsolatba kerül a G-fehérjével. Ennek hatására az alfa alegységen a GDP GTP-re (guanozintrifoszfátra) cserélődik, és az alegység leválik a komplex többi részéről. Az alfa alegység aktivál valamilyen más fehérjét, pl. a membránban lévő enzimet (pl. adenilciklázt), ami katalizálja az ATP-ből történő ciklikus AMP képződést. Serkentő és gátló hatásokat közvetítő G-fehérjéket egyaránt ismerünk.

A cAMP másodlagos hírvivőként kináz enzimeket aktivál. A kinázok fehérjéket foszforilálnak, melyek a foszforiláció révén aktiválódnak. A foszforilált fehérjék lehetnek pl. enzimfehérjék, melyek foszforilált állapotban képesek az adott biokémiai folyamatot katalizálni, vagy csatornafehérjék. A csatornafehérjék foszforilációja fokozza az ioncsatorna vezetőképességét.

Bizonyos esetekben az intracelluláris Ca2+ koncentráció átmeneti fokozódása vezet a sejtválasz kialakulásához, így a kalciumionok tekinthetők másodlagos hírvivőknek. Ennek egyik lehetséges módja, hogy a ligand-receptor kapcsolat létrejötte (G-fehérje közvetítésével) zsírbontó (foszfolipáz) enzimet aktivál, ami a membrán foszfolipidjeiből inozitol triszfoszfát (IP3) és diacilglicerol (DAG) keletkezését katalizálja. Az IP3 a belső kalciumraktárakból kalciumionokat szabadít fel, amik kalmodulinhoz (egy kalciumkötő fehérjéhez) kapcsolódnak. A kalcium-kalmodulin komplex enzimeket aktivál, melyek kialakítják a ligand kötődésére jellegzetes sejtválaszt. A DAG proteinkinázokat aktiválhat, amelyek fehérjék foszforilációját katalizálják.

2.18. ábra - Az IP3 mechanizmus

Az IP3 mechanizmus