01a děje na neuronální membráně

  1. Význam neuronální membrány?
    • - vymezuje a odděluje nervovou buňku od vnějšího prostředí, ohraničuje ji a zajišťuje její integritu.
    • - Chrání nitro neuronu před škodlivými zevními vlivy a zprostředkovává kontakt nervové buňky s mimobuněčným prostředím.
    • - Je propojena se strukturami cytoskeletu a přispívá tak k udržování celistvosti a tvaru nervové buňky.
    • - Podílí se na příjmu a výdeji látek a udržování složení nitrobuněčného prostředí.
    • - Umožňuje také vzájemné mechanické spojení buněk atd.
    • - Membrána na povrchu neuronů hraje nezastupitelnou roli při vzniku všech elektrických potenciálů.
    • - Slouží k rozpoznávání informačních molekul (mediátorů, růstových faktorů, hormonů aj.). Je tak pro přenos elektrických impulzů, a tedy pro činnost neuronů zcela nezbytná.
  2. Základem plazmatické membrány je dvojitá vrstva fosfolipidů. Popiš
    • Síla dvojvrstvy je zhruba 6 nm. Dovnitř dvojvrstvy je obrácena hydrofobní (nesmáčivá) část fosfolipidů. Hydrofilní (smáčivá) část je orientována ven z dvojvrstvy.
    • Cukerné složky membrány se v podobě glykolipidů vážou s tuky a v podobě glykoproteinů s bílkovinami. Najdeme je pouze na vnější straně plazmatické membrány. Na vnější straně buněčné membrány najdeme také další látky, např. fosfatidylcholin a sfingomyelin.
    • Z vnitřní strany plazmatické membrány se váže např. cholesterol, fosfatidyletanolamin, fosfatidylserin.
    • Do základní dvojvrstvy jsou vnořeny další, nesmírně důležité složky – membránové bílkoviny (proteiny). Membránové proteiny zastávají řadu rolí – fungují jako transportéry látek přes plazmatickou membránu (transmembránové pumpy), iontové kanály nebo jako receptory pro mediátory, hormony, růstové faktory či léky. Jiné proteiny vykazují enzymatickou aktivitu, katalyzují biochemické reakce apod.
    • a)Integrální membránové proteiny jsou do fosfolipidové dvojvrstvy zanořeny z vnější nebo vnitřní strany a mohou také procházet skrze ni. Jejich vazba k membráně je poměrně silná.
    • b)Periferní membránové proteiny jsou navázány k povrchu membrány. Vazba periferních proteinů k membráně je slabší.

    Celá plazmatická membrána je velmi dynamická struktura, podléhá nepřetržité přestavbě – její části zanikají, znovu se obnovují nebo mění své složení a přesouvají se. V rámci dynamiky plazmatické membrány mění své rozložení také membránové proteiny. Pohybují se přitom jak v rovině membrány, tak kolmo na tuto rovinu. Dynamika, proměnlivost a změny plazmatické membrány a její složení z jednotlivých „stavebních kamínků“ jsou důvodem, proč se model plazmatické membrány nazývá tekutá mozaika.

    • Image Upload 1
  3. popiš transport látek přes membránu
    • Plazmatická membrána je polopropustná.
    • Přesun látek přes membránu má vazbu na chemický nebo elektrický gradient (což je rozdíl koncentrací dané látky nebo elektrického náboje na obou stranách membrány):
    • ■Transport látek po směru koncentračního gradientu (tedy z místa o vyšší koncentraci do místa o nižší koncentraci dané látky) nevyžaduje energii. Říkáme, že je pasivní
    • ■Transport látek proti směru koncentračního gradientu spotřebovává energii – říkáme, že je aktivní. Aktivní transport vytváří nerovnoměrnou koncentraci látek (např. elektricky nabitých iontů) uvnitř a vně buňky. To je mimo jiné jednou z podmínek činnosti nervových buněk. 

    • základní mechanismy, jakými se látky mohou dostávat přes plazmatickou membránu
    • Prostá difuze
    • - Přes dvouvrstvu fosfolipidů pronikají volně látky rozpustné v tucích a některé malé molekuly (např. CO2, O2). 
    • - probíhá po směru koncentračního (popřípadě elektrického) gradientu. Facilitovaná difuze
    • Při facilitované difuzi vstupují do hry speciální transportní bílkoviny (bílkovinné nosiče). Na jedné straně na sebe tento nosič naváže danou difundující látku a změnou svého prostorového uspořádání (konformace) ji přenese na druhou stranu. 
    • - probíhá pouze ve směru elektrochemického gradientu.
    • - Oproti prosté difuzi je rychlejší. Její kapacita závisí na množství daných bílkovinných nosičů.

    Image Upload 2

    • Primární aktivní transport 
    • = aktivní přesun látek přes plazmatickou membránu (transmembránově).
    • - realizován proti elektrochemickému gradientu, a vyžaduje proto vždy energii. Umožňují ho speciální membránové proteinové pumpy - ty vyžadují značné množství energie. E je získávána rozkladem makroergních vazeb ATP. Z biochemického hlediska proto membránové pumpy řadíme mezi ATPázy (látky štěpící ATP).
    • Aktivní transport iontů sodných (Na+) a draselných (K+) je realizován prostřednictvím Na+/K+ pumpy (Na+/K+ATPázy). Tato transmembránová pumpa je přítomna ve všech buněčných membránách. Její význam pro vznik a šíření potenciálů nervových buněk je naprosto zásadní. Čerpá sodné ionty ven z buňky a draselné naopak do buňky. Vytváří a posiluje tak koncentrační gradient zmíněných iontů.

    • Sekundární aktivní transport
    • - sám o sobě nevyžaduje energii. Využívá však energeticky náročného aktivního transportu jiné látky, ke kterému se „připojuje“. Spřažený přesun dvou látek ve stejném směru (tedy obě dovnitř neuronu nebo obě ven) se obecně nazývá symport. Je možný i opačný směr (tedy jedna látka dovnitř a druhá ven), pak hovoříme o antiportu.

    Image Upload 3

    Image Upload 4

    • Pokud je potřeba přijmout nebo vyloučit látky nebo částice, které nepronikají lipidovou dvojvrstvou ani pro ně neexistují transportní proteiny či pumpy, má buňka ještě další mechanismy: k aktivním transportním mechanismům řadíme také endocytózu a exocytózu. Jde o transport látek v uzavřených měchýřcích (vezikulách), tvořených membránou.
    • ■V případě ENDOCYTÓZY se membrána vchlipuje do buňky a postupně vytváří měchýřek, který uzavírá přijímanou látku.
    • ■EXOCYTÓZA je proces opačný – v buňce přítomný měchýřek (zpravidla odštěpený z Golgiho aparátu) postupně splývá s plazmatickou membránou a následně svůj obsah vylévá ven. Exocytózou jsou z neuronu uvolňovány například mediátory.
    • Pokud buňka přijímá části bakterií a buněk nebo celé bakterie či odumřelé buňky, hovoříme o fagocytóze. Týká se zejména bílých krvinek (např. makrofágů, neutrofilních granulocytů) nebo některých glií (Hortegových glií a Schwannových buněk). Příjem tekutých kapének se někdy označuje pojmem pinocytóza.

    Image Upload 5
  4. Co to jsou a jaké typy membránových kanálů znáš?
    = speciální póry tvořené bílkovinami, které umožňují přechod určitých iontů přes plazmatickou membránu -  vždy ve směru koncentračního gradientu. Iontové kanály jsou vesměs složeny z několika částí, které se liší svou konkrétní chemickou stavbou, prostorovým uspořádáním i způsobem, jakým jsou řízeny. Iontové kanály můžeme přirovnat k „jakýmsi speciálním vratům“, které umožňují průchod vybraných iontů.

    • 1) Trvale otevřené iontové kanály
    • 2) Chemicky (metabotropně) řízené iontové kanály
    • 3) Metabolickým dějem řízené iontové kanály
    • 4) Mechanicky a tepelně řízené iontové kanály
    • 5) Mechanicky a tepelně řízené iontové kanály
    • 6) Akvaporiny

    Image Upload 6

    Image Upload 7
  5. Trvale otevřené iontové kanály?
    Trvale otevřené iontové kanály se vzájemně liší strukturou stěn svých vnitřních částí. Uvnitř se nachází vodou naplněný kanál. Proteiny, které kanál tvoří, velmi rychle mění svůj tvar a také náboj. Nitro kanálu se tak podobá stále se měnícímu labyrintu.

    • Selektivita (výběrovost) kanálů je různá.
    • Vysoce selektivní kanály umožňují průchod jen jednoho určitého iontu: ●Na+ kanály mají vnitřní průměr 0,3–0,5 nm a silně negativní náboj ve svém nitru.
    • ●K+ kanály jsou mírně užší (jejich vnitřní průměr je do 0,3 nm). Negativní náboj zde není tak velký.
    • ●K+/Na+ leak kanály („štěrbinové únikové kanály“) jsou volně prostupné pro oba ionty, pro draselné však o něco více.
  6. Chemicky (metabotropně) řízené iontové kanály?
    • Chemicky řízené iontové kanály jsou ovlivňovány prostřednictvím chemických látek (ligand).
    • Může jít o přímý vliv látky navázané na receptory vnější strany membrány (nejčastěji se jedná o neuromediátor, ale také o hormon, medikament apod.), nebo je regulace zprostředkována přes G-protein (viz dále).
    • Pokud je receptor přímou součástí iontového kanálu, vede navázání signální molekuly k aktivaci (tedy k otevření) daného kanálu. Následný tok iontů ovlivní velmi rychle polarizaci plazmatické membrány.
    • Tento typ iontových kanálů se nachází v hojné míře především v postsynaptické membráně. Např. receptor pro acetylcholin a glutamát otevírá kanály pro Na+, K+ (popřípadě Ca2+). Receptor pro kyselinu gama-aminomáselnou (GABA) a glycin otevírají kanály pro Cl–.
  7. Napěťově řízené iontové kanály?
    • Napěťově řízené iontové kanály mění tvar své molekuly, a tedy i průchodnost pro ionty změnou elektrického potenciálu plazmatické membrány. Jinými slovy, otevírají se nebo se zavírají změnami elektrického napětí. Jsou vesměs průchodné selektivně pouze pro určité ionty.
    • Největší význam pro činnost neuronu mají napěťově řízené kanály pro sodík, draslík, vápník a chlor. Existují v několika variantách, které se liší strukturou, výškou napětí, kterým jsou řízeny, či citlivostí vůči různým chemickým látkám.
    • Celkový počet objevených napěťově řízených kanálů dnes dosahuje řádově desítek.
    • Napěťově řízené kanály se mohou vyskytovat ve třech stavech
    • 1.Uzavřený kanál (klidový stav) – nepropouští žádné ionty. Teprve změna membránového napětí vyvolá změnu konformace iontového kanálu a dochází k jeho otevření. Část iontového kanálu, která změnu napětí registruje, se nazývá napěťový senzor.
    • 2.Otevřený kanál (aktivovaný stav) – umožňuje průchod iontů ve směru jejich koncentračního gradientu. 
    • 3.Inaktivovaný kanál (inaktivovaný stav) – je blokován specifickou součástí iontového kanálu, která se nazývá inaktivační hradlo (přirovnává se ke kouli na řetězu). Inaktivovaný kanál je pro ionty neprůchodný podobně jako uzavřený kanál v klidovém stavu. Stav inaktivace se však v řadě ohledů od klidového stavu liší.

    Image Upload 8

    Napěťově řízené kanály pro Na+ ionty reagují velmi rychle. Ve struktuře tohoto kanálu lze najít dvě záklopky (hradla). Na zevní straně membrány nacházíme aktivační záklopku. Změnou elektrického napětí plazmatické membrány se aktivační záklopka otevírá a iontový kanál se dostává do aktivovaného stavu, ve kterém je velmi dobře průchodný pro ionty sodíku. S určitým zpožděním (řádově desetitisíciny sekundy) uzavírá změna membránového potenciálu inaktivační záklopka na vnitřní straně membrány. Napěťově řízený kanál pro Na+ tak zůstává aktivní (a tedy průchozí pro ionty) pouze velmi krátkou dobu. K návratu do výchozího stavu dochází během refrakterní fáze.

    Napěťově řízené kanály pro K+ ionty existují v několika podtypech. Inaktivující typ funguje obdobně jako popsané kanály pro sodné ionty. Neinaktivující typ se nachází pouze ve dvou stavech – klidovém a aktivovaném. Změny vedoucí k otevření a zavření kanálu pro draselné ionty probíhají pomaleji. Kanály se tak otevírají později a zůstávají otevřené (a tedy pro ionty průchozí) delší dobu.

    Napěťově řízené kanály pro Ca2+ ionty jsou v dnešní době známy ve třech variantách, které označujeme jako N-, L- a T-kanály
  8. Uveď příklad metabolickým dějem řízeného iontového kanálu
    např. fosforylací (připojením fosfátové skupiny) nebo působením určitého enzymu.
  9. Mechanicky a tepelně řízené iontové kanály?
    • reagují na mechanické podněty – respektive napnutí či protažení cytoskeletu a buněčné membrány. Při napnutí buněčné membrány dochází k mechanickému otevření iontového kanálu mikrofilamentem, které funguje jako jakési „táhlo“ či „struna“.
    • Tepelně řízené iontové kanály reagují na vysoké nebo nízké teploty.
    • U bakterií byly navíc objeveny také iontové kanály řízené působením světla (resp. ve proudem fotonů). U člověka se však nevyskytují.
  10. Kombinovaně řízené iontové kanály jsou regulovány více činiteli – např. ...
    např. změnou elektrického napětí, přičemž jejich reaktivita je významně ovlivněna rovněž prostřednictvím chemických látek.
  11. Akvaporiny?
    • Pro buňku je životně důležité, aby mohla přijímat vodu (H2O) . Plazmatická membrána je však pro vodu propustná jen minimálně. Proto v buněčné membráně existují speciální kanály, umožňující selektivní průchod molekulám vody. 
    • Některé z těchto speciálních „vodních pórů“ mohou být řízeny chemickými látkami. Akvaporiny existují ve více než deseti variantách, které se nacházejí v různých typech tkání a buněk.
    • Selektivita kanálu k molekulám vody je dána stavbou kanálu a také nábojem jeho vnitřní části.
  12. definuj Membránové receptory
    • = dynamické struktury, které jsou schopné interagovat s různými chemickými látkami/ ligandy → změna konformace
    • - Z chemického hlediska jsou membránové receptory složitě prostorově uspořádané bílkoviny (proteiny), složené z dlouhých řetězců aminokyselin.

    Image Upload 9
  13. Cytoplazmatické receptory slouží především pro ...
    zprostředkování modulačního vlivu hormonů.
  14. Z topografického hlediska (tedy podle místa a vzájemných poměrů své lokalizace) popisujeme na většině membránových receptorů tři části:
    • 1.Extracelulární část ční z neuronální membrány směrem ven. Funguje jako přijímač informace. Obsahuje specifické vazebné místo, které interaguje s příslušnou signální molekulou, na kterou je daný receptor citlivý.
    • 2.Transmembránová část je zakotvena v plazmatické membráně a prochází skrz ni.
    • 3.Intracelulární část ční z vnitřní strany plazmatické membrány do cytoplazmy neuronu.

    • Image Upload 10
    • Látka, která se váže na receptor, se obecně označuje jako ligand, nebo také mediátor či signální molekula. Platí přitom, že jeden mediátor se může zpravidla vázat na více receptorů. Jeho možné účinky se tak rozrůstají.

    • Z funkčního hlediska na receptorech rozeznáváme:
    • Image Upload 11
  15. Acetylcholin reaguje s ...
    muskarinovými receptory M1–M5.
  16. Adrenalin a noradrenalin reaguje s ...
    s adrenergními receptory α1A, α1B α1D, α2A, α2B, α2C, α2D a β1, β2, β3.
  17. Dopamin reaguje s ...
    dopaminovými receptory D1–D5.
  18. Endorfiny a enkefaliny reagují s ...
    opioidními receptory μ, σ1, σ2, σ a dalšími.
  19. Gama-aminomáselná kyselina (GABA) reaguje s receptory ...
    GABAA, GABAB.
  20. Glutamát reaguje s ...
    glutamátovými metabotropními receptory m-GluR1–m-GluR8.
  21. Serotonin (5-HT neboli 5-hydroxitryptamin) reaguje s ...
    se serotoninovými receptory 5-HT1A, 5-HT1B, 5-HT1D, 5-HT2A, 5-HT2B, 5-HT2C, 5-HT3, 5-HT4, 5-HT5, 5-HT6, 5-HT7 aj.
  22. Membránové receptory podobné stavby jsou sdruženy do receptorových skupin, kterým také říkáme receptorové superrodiny (jejich „členové“ jsou svým způsobem „příbuzní“). K nejvýznamnějším receptorovým superrodinám patří:
    • 1. receptory spojené s iontovými kanály,
    • 2. receptory spřažené s G-proteiny
    • 3. receptory s vlastní enzymatickou aktivitou.

    Skupina receptorů, které spouštějí signalizační kaskády odlišným způsobem než výše uvedené tři skupiny, jsou 4. integriny a toll-like receptory.
  23. Skupina receptorů spojených s iontovými kanály?
    • Receptory spojené s iontovými kanály ovlivňují  iontové kanály přímo a rychle . Může jít o kanály pro kationty (zejména Na+, K+, Ca2+) nebo anionty (např. Cl–).
    • K receptorům spojeným s kationtovými kanály patří například 
    • a)Nikotinový acetylcholinový receptor – vyskytuje se ve třech základních typech, které se odlišují strukturálním uspořádáním svých podjednotek a lokalizací. Jde o typ svalový, neuronální a gangliový.
    • Vazbou acetylcholinu na extracelulární část receptoru se iontový kanál stává propustným zejména pro ionty sodíku, méně pro draselné ionty a částečně také pro ionty vápenaté.
    • b)Receptory pro excitační aminokyseliny jsou spřaženy s kanálem určeným zejména pro sodné ionty.
    • I zde se setkáme s několika podtypy, např.
    • - NMDA typ (N-metyl, D-aspartátový typ),
    • - AMPA typ (α-amino-hydroxy-metyl-isooxazol-propionátový typ).

    • K receptorům spojeným s aniontovými kanály řadíme například
    • glycinový receptor nebo GABAA receptor. Aktivací těchto receptorů je podmíněno zvýšení propustnosti membrány pro chloridové anionty.

    Vazba na příslušné receptory vysvětluje efekt řady psychofarmak. Na NMDA receptory působí například některá neuroprotektiva. GABAA receptor ovlivňují mimo jiné některá anxiolytika (např. benzodiazepiny).
  24. Skupina receptorů spřažených s G-proteinem?
    • - též GPCR (G-protein coupled receptor)
    • - velmi početnou a pestrou skupinu receptorů - více než tisíc jednotlivých receptorových subtypů.
    • - Mohou hrát roli excitační i inhibiční.
    • - Dle soudobých poznatků dělíme GPCR je do šesti základních rodin (nebo také tříd), které se označují písmeny A–F. Pro člověka mají význam zejména první tři třídy a rodina F objevená jako poslední.
    • - Všechny receptory spřažené s G-proteiny mají obdobnou strukturu – tvoří je glykoproteinový řetězec, který celkem sedmkrát prochází plazmatickou membránou. Jsou složené ze tří podjednotek, které označujeme řeckými písmeny α, β, γ (s různými podtypy).
    • - Na zevní straně membrány je vazebné místo pro navázání neurotransmiteru a v cytoplazmatické části receptoru je další vazebné místo pro G-protein.
    • - Aktivace receptoru příslušnou signální molekulou vede nejprve ke změně konformace. To umožní interakci s G-proteinem. Následně dochází k oddělení α-podjednotky G-proteinu. Zbylá část G-proteinu aktivuje určité buněčné enzymy a startuje tak kaskádu nitrobuněčných reakcí.
    • - Celkové množství typů receptorů spřažených s G-proteiny je obrovské. Tomu odpovídá i velké množství konkrétních enzymů, které G-protein může aktivovat (a tedy biochemických reakcí katalyzovaných aktivovanými enzymy). V následných krocích nitrobuněčné kaskády vznikají další chemické látky – sekundární (druzí) a terciární (třetí) poslové. Jejich konečným efektem může být například ovlivnění jaderné DNA, což může vést k morfologickým nebo funkčním změnám neuronů.

    • např:
    • - Adenylátcykláza (AC) katalyzuje vznik cyklického adenosin-monofosfátu (cAMP), který dále aktivuje proteinkinázu A.
    • - Fosfolipáza A2 odštěpuje z fosfolipidů kyselinu arachidonovou, která je nejen druhým poslem, ale také prekurzorem řady důležitých substancí (např. některých tkáňových hormonů).
    • - Fosfolipáza C (přesněji fosfatidylinositolová fosfolipáza C) katalyzuje přeměnu fosfatidylinositolu na diacylglycerol (DAG) a inositoltrifosfát (IP3). Vzniklé produkty fungují jako sekundární poslové a mohou aktivovat další enzymy, např. proteinkinázu C.
    • - Fosfodiesteráza cGMP snižuje množství cyklického guanosinmonofosfátu (cGMP), který mimo jiné udržuje kanály pro sodné ionty v otevřeném stavu.

    Dalším efektem aktivovaných G-proteinů je ovlivnění iontových kanálů, které podmiňuje změny polarizace plazmatické membrány. Děje se tak přímým působením na iontové kanály nebo prostřednictvím některého z aktivovaných enzymů. Platí, že jeden mediátor může interagovat s různými podtypy receptorů. Navíc jeden konkrétní podtyp receptorů může ovlivňovat různé typy G-proteinů. A konečně jeden G-protein může aktivovat různé enzymy. Dopad a šíře působení jednoho mediátoru se tak dále rozšiřuje.

    Image Upload 12
  25. Skupina receptorů s vlastní enzymatickou aktivitou?
    • Receptory s vlastní enzymatickou aktivitou mají složitou strukturu. Některé jejich podjednotky jsou schopny katalyzovat nitrobuněčné biochemické děje-
    • a)Tyrozinkinázová aktivita je vlastní řadě receptorů – mimo jiné receptorům pro inzulin, receptorům pro růstové faktory a dalším. b)Receptory s guanylátcyklázovou aktivitou zprostředkovávají v nervovém systému především trofické funkce.

    I zde platí, že jeden mediátor může interagovat hned s několika subtypy příslušného receptoru. To přispívá k dalšímu rozšíření možností výstupů – vazbou daného mediátoru na odlišné podtypy příslušného receptoru lze vyvolat různé reakce.
  26. Integriny a toll-like receptory?
    a)Integriny se podílejí zejména na interakci mezi buňkou a okolními strukturami – jinými buňkami a mezibuněčnou hmotou. Podílejí se mimo jiné na adhezi (přilnavosti), diferenciaci (specializaci) i na přežití buněk. b)Toll-like receptory se uplatňují v imunitních reakcích. Jsou určeny zejména k rozpoznávání cizorodých struktur.
  27. Membránové receptory jsou velmi dynamické útvary. Jejich počet i funkce podléhají neustálým změnám. Regulace se přitom může týkat jak aktivovaných, tak i neaktivovaných receptorů. Jaké dva typy regulace znáš?
    • Zvýšení citlivosti a reaktivity daného receptoru je označováno termínem SENZITIZACE:
    • a)Při up-regulaci receptoru narůstá celkový počet funkčních membránových receptorů.
    • b)Zesílení odpovědi daného receptoru může být podmíněno také zvýšením tvorby druhých poslů, což může nebo nemusí být spojeno s nárůstem počtu receptorů.

    • Snížení citlivosti a reaktivity daného receptoru se nazývá DESENZITIZACE
    • a)Dlouhodobým působením stejného podnětu (v řádu minut a hodin) počet funkčních receptorů klesá. Hovoříme o down-regulaci receptoru.
    • b)Buňka může přesunout membránové receptory z povrchu do nitra buňky, kde zůstanou v záloze k dalšímu použití. Tento děj se nazývá internalizace nebo také sekvestrace receptoru.
    • V případě potřeby může receptor recyklovat – tedy se opět přesune do plazmatické membrány. Recyklace sekvestrovaného receptoru je energeticky a substrátově méně náročná, než kdyby byl daný receptor tvořen úplně nanovo. Mohli bychom říci, že tak neuron šetří „materiál a síly“ pro jiné děje.
    • c)Další možností desenzitizace je fosforylace příslušného receptoru (připojení fosfátové skupiny).

    Z genetického a molekulárně-biologického hlediska jsou procesy down-regulace a up-regulace podmíněny změnami na úrovni RNA (tedy transkripce) a bílkovin tvořících receptor (ovlivňována je také životnost daného receptoru).

    Image Upload 13
Author
iren
ID
354415
Card Set
01a děje na neuronální membráně
Description
šerý
Updated