Neurobiology Introduction to neurosciences for Cognitive MSs Ismtls
Neurobiology Introduction to neurosciences for Cognitive MSs.
Ismétlés – nyugalmi potenciál Hogyan alakul ki a nyugalmi potenciál? • Diffúziós potenciál • Ozmózisnyomás • Elektrokémiai potenciál Nyugalmi potenciál eredete: 1. A sejtek belsejében magas a K+ (vázizomban 140/2. 5 m. M) és alacsony a Na+ (10/120 m. M) ionok koncentrációja. Egyensúlyi potenciáljuk eltér a nyugalmi membránpotenciál értékétől. 2. A sejtmembrán eltérő konduktanciával rendelkezik a K+ és Na+ ionokkal szemben: a K+ ionok mintegy 20 -szor könnyebben jutnak át a membránon nyugalomban, mint a Na+ ionok. -> K szivárgás lép fel 3. A sejtmembránban ATP felhasználásávak működő K-Na-pumpa található, amely folyamatosan eltávolítja a sejtbe belépő Na+ ionokat és ugyanakkor visszatranszportálja a kidiffundáló K+ ionokat. 4. A sejt belsejében negatív töltésű, nemdiffundáló ionok (fehérjék, nukleinsavak, stb. ) találhatók, amelyek a Donnan egyensúlynak megfelelően hozzájárulnak a negatívabb potenciál kialakulásához. (Eltérő mozgékonyságú ionok szemipermeábilis hártyán való átdiffundálásakor, mint láttuk, diffúziós potenciál alakul ki. Az eltérő mozgékonyság szélső esetben azt is jelentheti, hogy az egyik ion nem tud átlépni a membránon. Ilyenkor alakul ki a Donnan egyensúly, vagy Donnan megoszlás. )
Ismétlés – akciós potenciál © 2004 John Wiley & Sons, Inc. Huffman: PSYCHOLOGY IN ACTION, 7 E
Szinaptikus transzmisszió és neurokémia
Szinapszis Szinapszis: (általában) az axonterminális és egy szomszédos sejt dendritje vagy sejtteste közti összekapcsolódás (junkció). Nem csak idegsejtek közt alakulhat ki. Lehet elektromos vagy kémiai szinapszis. Ca 2+ függő folyamat. I. típusú: serkentő, aszimmetrikus II. típusú: gátló, szimmetrikus Neurotranszmitter (NT): olyan molekula, amik akciós potenciál hatására az axonterminálisból a szinapszisba ürülnek. Típusuktól függően lehet a szinapszis serkentő (EPSP) vagy gátló (IPSP)
Szinapszisok típusai
Szinapszis felépítése Részei: Preszinapszis Szinaptikus rés Posztszinapszis Ingerület iránya Posztszinapszis Preszinapszis Szinaptikus rés
A szinapszis • ATP-függő – sok mitokondrium az axonterminálisban • Kvantális release • NT inaktiváció: Reuptake, diffúzió, lebontás
Dale elv és kritikája: Dale-elv: Annak a tapasztalatnak a megfogalmazása, hogy egy idegsejt axonjának minden végzõdése ugyanazt a transzmitter anyagot tartalmazza, vagyis egyelten preszinaptikus idegsejt szinaptikus kapcsolatai mind serkentők vagy mind gátlók fejlõdõ neuronok felnõtt neuronok: coexistencia : kicsi transmitter + peptid amakrin sejtek a retinában: ACh és GABA ACh és VIP: enterális idegek spinal motoneuron: ACh és CGRP vegetativ ganglionban: ACh és LHRH ATP mindkét típusúval ürülhet ATP és lebomlási termékei adenozin: purinerg (adenin és guanin) szívizom, bél símaizom, hátsó gyöki neuronok peptideknél: azonos prekurzor, különbözõ végtermékek update: egy neuron u. azt a transzmitterkombinációt használja minden szinapszisán felnõtt neuron differenciációja: biz. biokémiai apparátust használ csak
A szinapszisban látható vezikula körforgáshoz hasonló folyamat minden sejtben előfordul.
Kémiai szinaptikus transzmisszió lépései 1. Transzmitter szintézis, 2. tárolás, 3. felszabadulás, 4. posztszinaptikus receptorkötés, 5. transzmitter inaktiváció
A transzmiterek kritériumai: szintetizálódjon a neuronban szabaduljon fel és hasson kívülrõl beadva hozzon létre hasonló hatásokat legyen jelen a "takarító" apparátus
Neurotranszmitterek típusai Aminosavak: aszparaginsav (Asp), glutaminsav (Glu), γ-aminovajsav (GABA), glicin (Gly) Acetilkolin (Ach) Monoaminok: katekolaminok (dopamin, DA; norepinefrin = noradrenalin, NA; epinefrin = adrenalin, A), Szerotonin (5 -HT), Melatonin (Mel), Hisztamin (H) Neuropeptidek: oxytocin, vazopresszin, neuropeptid Y, kortikotropin, dinorfin, endorfin, enkefalin, glukagon, szomatosztatin, neurokinin A + B, P „anyag”, stb Egyéb neurotranszmitterek: nitrogén oxid (NO), szén monoxid (CO), adenozin, ATP, GTP
Agyi neurotranszmitter útvonalak
Acetilkolin - ACh szerkezet: nem aminosav származék, kolin acetilésztere, gyorsan lebomlik prekurzorok: kolin + acetil Ko. A szintézis: kolin-acetiltranszferáz (Ch. AT) lebontás: acetilkolin-észteráz (Ach. E). Nagy mennyiségben van jelen, az Ach jelentős része elbomlik, mire a posztszinapszishoz érne metabolitok: kolin (visszavételre kerül)+ acetát receptorok: Muscarinerg: M 1, M 2, M 3, M 4, M 5, agonista muscarin (általában serkentő hatás), antagonista: atropin Nikotinerg: agonista: nikotin (aktiválása növeli a vezikulaürülést), izomban: antagonista: d-tubokurarin(kuráré); idegben: a-bungarotoxin -gerincvelõi motoneuronok az összes gerincesben, -vegetativ idegrendszerben a ganglionokban (N), és a paraszimpatikus postganglionáris végzõdésben Nagyagykéreg, hippocampus, striatum, talamusz, agytörzsi magvak Két nagy kolinerg pálya: előagyi felszálló rendszer, híd-középagyi rendszer -agy (nucleus basalis Meynertbõl cortex (M), hippocampus) (Alzheimer kór) -ideg-izom kapcs. (N), simaizmok (M) hatás: Na-ionbeáramlás, M-G-protein (IP 3 emelkedése, ami az IC Ca 2+ szintet emeli) inaktiváció: dekompozíció Tanulás, memória, figyelmi folyamatok
Kolinerg pályák
Biogén aminok szerkezet: katekolaminok: dopamin (DA), noradrenalin (NA), adrenalin (A), Indolaminok: szerotonin (5 -HT), hisztamin (His) szintézis: fenilalanin(Phe)- (Phe hidroxil, máj); - tirozin (Tyr)-(Tyr hidroxil, sejtplazma); -L-DOPA-(dopa dekarboxil, sejtplazma) -DA-(dopamin B hidroxil, synapt. végkész. vezikulái) -NA-(feniletanolamin-N-metil-transf, sejtplazma)-A metabolitok: mandulasav
Noradrenalin - NA: -locus coeruleus-> cortex, cerebellum, gerincvelõ (új stimulusra figyelés, autonom integráció) receptors: ALFA 1, 2 (gátló) BETA 1(serkentő) BETA 2 decomposition: monoamin-oxidáz=MAO (idegsejt mitokondr)— Katekol-O-metiltranszferáz=COMT (vérben) Adrenalin - A: (kpi idegrendszerben csak nyúltvelő) – inkább mellékvesevelõ Dopamin - D: -középagy, agytörzsi magok: substancia nigra, striatum (Parkinson kór). D 1(serkentő), D 2 (gátló) (D 3, 4, 5) agonista: DA-A+NA effect: Gprotein (Adenilát-Cikláz, IP 3 -Ca) inactivation: reuptake decomposition: MAO, COMT; (COMT gátlók, mint antiparkinzon szerek) (metabolitok szintje, mint diagnosztikai érték)
Noradrenerg pályák Agytörzs: Vegetatív működés (légzés, vérnyomás) szabályozása Hipothalamusz: hormontermelés, mozgás
Dopaminerg pályák Striatalis sejtek tüzelési mintázatát befolyásolja -> Fontos tényező a motoros aktivitás szabályozásában(D 2) Mezolimbikus receptorok -> jutalmazás, megerősítési jelenségek kialakulása, tanulás, memória(D 1, D 2)
Szeritonin - Ser (5 -HT): -nyúltvelő, híd, középvonali raphe magok cortex, limbikus rendszer, hippocampus szintézis: Trp- (Trp hidroxil, dekarboxil)-5 HT-((melatonin)) decomposition: MAO metabolit: 5 -hidroxiindolecetsav (5 -HIAA) receptors. 5 -HT 1 a, b (gátló), 2(serkentő), 3(serkentő) hatásmech. : kifejezett szinapszis=neurotranszmitter; nincs szinapszis=neuromodulátor. K csatorna zárás - excitáció (LSD), nyitás - inhibició inactivation: reuptake megfelelő EC Na+ és Cl- szint mellett Hisztamin - His: transzmitter a gerinctelenekben, gerinces agy (hypothalamus->előagy, nyúltvelő), gyomorsósav szekréció, antidepresszánsok prekurzor: L-Hisztidin -(His dekarboxiláz)decomposition: hisztamin-metiltranszferáz receptors: H 1(serkent), 2(serkent), 3(gátol) hatásmech: Gprot.
Szerotonerg pályák Nagyon variábilis, specifikus szabályozások; érzelmi reakciók kialakítása
Hisztaminerg pályák Vegetatív funkciók (ivás, táplálkozás, hőszabályozás, hormonális aktivitás)
Aminosavak GABA (gamma-aminovajsav): gátló transzmitter a bulbus olfactoriusban, retina amacrin sejtek, kisagy Purkinje sejtjei, kosársejtek a kisagyban és hippocampusban Projekciós neuronok: striatum->substantita nigra; talamusz gátló, szorongásoldó, antidepresszáns prekurzor: (nem jut át a véragygáton, így a helyi szintézistől függ a mennyisége) glutamin- glutaminsav Glu- (Glu dekarboxiláz)-GABA decomposition: GABA transzamináz receptors: GABA A (antagonista: bicucullin), B (agonista: baclofen) Benzodiazepin(altató, szorongásoldó) kötése: agonista: diazepam (Valium), antagonista: flumanezil hatásmech: Cl- csat. nyitás
glicin: gerincvelõi gátló interneuronok (antagonista izmotsztrichnin), nyúltvelő Gátló, könnyen átjut a véragygáton a sejtben a metabolikus és transzmitter AS-t el kell választani: vezikulák? hatásmech: Cl- csat. nyitás Glutaminsav(glutamát; Glu), asparaginsav (Asp): agyban, gerincvelõben, HC, retinában, talamusz, piramis sejtek serkentő receptors: NMDA, Non-NMDA (kainát, AMPA), metabotrop hatásmech: kationcsat. Nyitás Inaktiváció: főleg gliasejtek visszaveszik
Neuropeptidek Hormon, neuromodulátor vagy neurotranszmitter különbség a peptidkötések és egyéb transzmitterek gyártása között: klasszikus transzmitter: gyorsan ürül, gyorsan pótlódik, peptid: valószínûleg Ca++ val ürül, lassan pótlódik (sejttestbõl jön) Kis mennyiségben fordulnak elő VIP, somatostatin, LHRH (luteinizing hormonereleasing hormone), substance P, NPY, CGRP (Calcitonin gene-related peptide ), opioid peptidek (μ –morfin, κ – prodynorphine, σ – enkephalins))
Purinerg szinapsis Adenozin (citoprotektív, inkább gátló), ATP Nitrogén-oxid – NO: „retrográd transzmitter”, azaz a preszinapszisra visszahat prekruzor: Arg synthesis: NO synthetase nincs receptora hatásmech: guanilate cyclase aktiv
Szinapszisok kölcsönhatásai: térbeli és idõbeli szummáció, a kód az AP frekvenciája -serkentés: posztszinaptikus és preszinaptikus facilitáció (K+ áram csökkentése) -gátlás: posztszinaptikus (tk. IPSP), Gly, a hatás az EPSP és IPSP eredője preszinaptikus (Ca++ gátlás- K+ serkentés, Cl- hyperpolarizációs, depolarizációs), GABA -syn. plaszticitás: a PSP kialakulása függ a syn. megelőző állapotától, tanulás, D. Hebb féle tanulás: ha A idegsejt hosszan tartóan és ismételten izgat egy B idegsejtet, akkor valamilyen növekedési folyamat vagy anyagcsere változás megy végbe egyik vagy mindkét sejtben úgy, hogy A hatékonysága, mint a B-t tüzelő egyik sejté, megnő. A hippocampusban sikerült egyes szinapszisok hatékonyságának hosszútávú növekedését (LTP) kimutatni. A kisagyban megtalálták az LTP ellentétét, a szinapszisok hosszútávú gyengülését (LTD) is. Késõbb a szinaptikus módosulás mindkét formáját számos agyterületen kimutatták. divergencia (azonos pályán, különbözõ pályákra) - általában szenzoros konvergencia (azonos forrásból, különbözõ forrásba) - általában motoros soros kapcsolatok, párhuzamos elrendezés, visszacsatolás (feed forward, feed back), reverberációs körök fáradás: transzmitter, receptor, posztszinaptikus Ca++ felszaporodás (Ca++ dep. K csatornák)
Neurotranszmissziós droghatások Példák: Metamfetamin: dopamin; Nikotin: dopamin; Alkohol: GABA, Ach, Glu, Ser
Idegsejtek működésének megfigyelése Extracelluláris módszer: egy neuron vagy egy kisebb neuroncsoport működését vizsgálják egy elektród segítségével, amit a sejt(ek) közelébe helyeznek. Egy idegsejten keletkező AP-t lehet mérni. Könnyű technológia. Szabadon mozgó állatoknál is lehet alkalmazni. Intracelluláris módszer: egy sejt működését vizsgálják úgy, hogy a sejtbe helyezik az elektródot. Így pontosan lehet mérni a potenciálváltozásokat. Akár egy ioncsatornát is lehet mérni. Nehéz technológia, szabadon mozgó állatoknál nem lehet alkalmazni.
Receptív mezők Helyezzünk egy idegsejt közelébe egy elektródot Közben mozgás nélkül fixáljon egy pontot a majom úgy, hogy közben ne mozgassa a szemét Stimuláljunk különböző régiókat a vizuális térben Egy sejt több helyen fog reagálni, mint a többi sejt Ez a hely az adott sejt receptív mezőjét (RF, receptive field) ingerli Különböző sejteknek különböző RF-je van Az elülső területeken a RF kicsi A hátsóbb területeken a RF nagyobbá válik Némely sejt nem csak a stimulus helyére érzékeny, hanem más tulajdonságokra is (alak, szín, mozgás iránya) Source: Gazzaniga, Ivry & Mangun, 2002
inger receptor Membrán potenciál változás Akciós potenciál keletkezik Mi a kód? Jelenlegi tudásunk szerint az egyedüli Információ átviteli kód az idegrendszerben Az akciós potenciálok száma Tüzelési frekvencia (firing rate) Akciós potenciál tovaterjed a sejten Transzmittert Szabadít fel Mbr potenciál Változás a köv. neuronon Az információ integrálása
- Slides: 37