Belső környezet és a homeosztázis Első egysejtűek megjelenése az őstengerekben (3 milliárd éve)

1. Belső környezet és a homeosztázis Első egysejtűek megjelenése az őstengerekben (3 milliárd éve) A sejtek külső környezete az állandó összetételű tengervízben – stabil környezet Minden sejt közvetlen kapcsolatban áll a tengervízzel – anyag felvétel és leadás Sejtek belső tere az intracelluláris tér, amely eltérő összetételű a tengervíztől Soksejtűek megjelenése – a sejtek többsége nem érintkezik a külső környezettel → kialakul a keringési rendszer. A keringési rendszer feladata: a sejtek, szervek összekötése egymással és a külvilággal

2. A keringési rendszer megjelenésének következménye: A sejtek a velük közvetlenül érintkező belső környezettel állnak kapcsolatban Claude Bernard „milieu intérieur” = belső környezet = extracelluláris folyadéktér A testnedvek alkotórészeinek mértékegységei tömegegység a kémiában: mol koncentrációk a fizikai kémiában: 1 kg oldószerben oldott mólok mennyisége mol/kg = molális koncentráció biológiai rendszerekben az oldószer a víz mol/ kg H2O Biológiai tudományokban a koncentrációkat mol/liter (moláris koncentráció) molaritás dimenzióban adja meg.

3. A gyakorlatban mmol/liter (10-3 mol/liter) dimenziót használjuk Híg oldatban a molális konc. ≈ moláris konc. Töményebb oldatban pl. vérplazma esetében a nagy szárazanyag tartalom miatt molális konc. < moláris konc. Ionizált anyagok koncentrációja: mmol/l vagy mval/l (valencia=töltésszám) egyértékű ionok esetében (Na+, Cl-, HCO3-) mmol/l = mval/l kétértékű ionok esetében (Ca2+ , Mg2+, HPO42-) mmol/l = 2 mval/l

4. Az extracelluláris folyadéktér Extracelluláris folyadék - ereken belül (intravascularisan) – intravazális tér - ereken kívül – interstitalis tér v. szövet közötti tér Az extracelluláris folyadék mobilis eleme a vérplazma

5. A szervezet és a külvilág (külső környezet) között határfelületek vannak, melyeken keresztül anyagok és a hő cserélődhetnek ki. Fontos: - a tápcsatorna lumene - a légzőrendszer gáztere - a vizeletelvezető rendszer„KÜLVILÁG” A keringő vérplazma csak közvetve, az interstitalis folyadékon és a felszíni hámon keresztül érintkezik a külvilággal.

6. A transzcelluláris tér: - cerebrospinális folyadék - a szem csarnokvize - a belső fül endolimfája - a pleuraűr - a hasüreg és perikardiális tér A homeosztázis fogalma: a belső környezet állandósága, a dinamikus egyensúly (steady-state) biztosítása az un. Cannon paraméterek „set-point” (beállítási érték) körüli szinten tartása Főbb tulajdonságai: - áramlásra való képesség - viszonylagos állandóság Homeosztázis főbb tényezői: izozmózis izoionia pH állandóság izovolémia izotermia

7. izozmózis: ozmotikusan aktív anyag hatása akkor érvényesül, ha a membrán vele szemben nem átjárható, de vízzel szemben igen mérése: fagyáspont csökkenés alapján jelentősége: a sejtek térfogat és alak állandóságának szempontjából Izoionia: ionok és nem ionos összetevők (pl. glükóz) „set point” körüli értéken tartása pH-állandóság (izohidria) a plazma fiziol. [H+]=35-40 nmol/l Sörensen javaslatára a pH= -log [H+]mol/l Fiziológiás pH: 7.38-7.42 Pufferrendszerek: bikarbonát-szénsav rendszer hemoglobin plazmafehérjék

8. Anyagáramlás mechanizmusa a sejtmembránon diffúzió, facilitált diffúzió, ozmózis, filtráció, aktív pumpa mechanizmusok Diffúzó: gáz v. folyadék részecskéinek mozgása révén kiterjed nagy cc.kis cc.egyenletes Az egyensúly eléréséhez szükséges idő a diffúziós sebesség négyzetével arányos egyenesen arányos a cc. különbségével (kémiai v. cc. grádiens) km-i felülettel fordítottan a határréteg vastagságával Facilitált diffúzió: (karrier közvetített transzport) koncentráció grádiens irányába specifikus transzport molekula segítségével telítési kinetika vmax (mmol/min) nem teljesen specifikus, de különböző az affinitás kompetitíve gátolható pl: GLUT transzporter (glükóz  maltóz kompetitíve) Cl-/HCO3- anion kicserélő

9. Ozmózis:  oldószermolekulák diffúziója a koncentráltabb oldat irányába, egy, az oldott anyagra átjárhatatlan membránon keresztül. Az oldószermozgás megelőzéséhez szükséges nyomás: oldat effektív ozmotikus nyomása (oldatban levő részecskék számától függ) 1 osmol= 1 molnyi mennyiségben levő molekula szám (6x1023-nem disszociáló anyag esetén) osmolalitás: 1 kg vízben 1 osmol anyag [osmol/kg] osmolaritás: 1 l vízben 1 osmol anyag [osmol/l] osmotikus nyomás:1 osmol/l= 19300Hgmm EC, IC ozmotikus cc: 290mosmol/l=5790 Hgmm Aktív transzport elektrokémiai grádiens ellenében Energiát igényel (ATP) transzport maximum karrier molekula uniport-antiport-szimport(kotranszport)

10. primer aktív transzport integráns fehérje a karrier Na-K-ATP-áz (Na pumpa) 3Na+ki/2K+beelektrogén (gátlás: ouabain, szívglikozidok) Ca2+-pumpa: nem ouabain érzékeny H/K –ATP-áz vakuoláris H+pumpa másodlagos aktív transzport polarizált sejtek (apicalis-basalis felszín, eltérő pumpák) aktív transzporttal létrehozott iongrádiens teremti meg a feltételt egyes részecskék transzportjához vese, bél hámsejtjei

11. Elektromos potenciálok Donnan-egyensúly: feltétele: féligáteresztrő hártya, nem diffúzibilis ion (membrán, fehérje anion)- befolyásolja a diffúzibilis ionok eloszlását a membrán 2 oldalán K+B/[K+K]=[Cl-K]/[Cl-B] [K+B][Cl-B]=[K+K][Cl-K] –Donnan egyenlet: ha a rendszerben csak 1 féle kation ill. anion van és töltésük száma azonosaz egyik oldalon elhelyezkedő diffúzibilis ionok cc-jának szorzata egyenlő a másik oldaléval.

12. Esetünkben: fehérje anion is jelen van: pot. kül. belő negatívabb Donnan hatás membránpot. -30 - -90mV- sm. szelektív ionperm. ionok egyenlőtlen eloszlása Ez a feltétele: ideg és izomsejtek ingerlékenységének sejteken belüli anyagtranszportnak sejteket érő jelzések felvételének egyes szekréciós folyamatoknak intracellulárisan (izom) szabadCa2+ néhány 100 nmol/l !! Na+ 12mmol/l K+ 150 mmol/l Cl– 4 mmol/l Extracellulárisan (vérplazmában) Na+ 142 mmol/l K+ 4 mmol/l Ca2+ 2,5 mmol/l Cl– 103 mmol/l

13. Equilibrium (egyensúlyi) potenciál: egy ionra nézve az a feszültség érték, mely egyensúlyt tart a cc. különbséggel Nernst egyenlet: 0 = z F EK+RT x ln[K+B]/[K+K] EK= -zF/RT x ln [K+B]/[K+K] EK= -58 x lg[K+B]/[K+K]= -75mV ENa= + 50-60 mV Nyugalmi membrán pot. kiszámítható:GOLDMAN-HODGKIN-KATZ egyenlet PK[K+B]+PNa[Na+B]+PCl[Cl-K] Em= -58 log ———————————— PK[K+K]+PNa[Na+K]+PCl[Cl-B] Na-K pumpaiongrádiens létrehozása Membránpotenciál változásának az alapja: E ion - E m (ion egyensúlyi és a membránpotenciál) nyitott ioncsatornák mellett az áramlás addig tart, amíg ez a különbség el nem tűnik. Ha zár a csat, áramlás megszűnik bár az Eion-Em még nem tűnt el áramlás hajtóereje megtartott

14. Akciós potenciál: helyi depolarizáló inger hatására tovatrjedő AP jöhet létre Kísérlet: tintahal óriásaxon: (+) töltésket juttattak bedepol. mértéke nő ↓ áramintenzitást növeljük ↓ robbanásszerű AP ↓ teljes depolarizáció elérése után az idegrost belseje átmenetileg (+) (+30-+40mV), majd a membránpot visszaáll a kiindulási értékre (-60- - 65mV) AP teljes amplitúdója: 90-105mV ingerküszöb: a minimális depolarizáció, ami kiváltja az AP-t amplitúdója a küszöbértéket elérő inger nagyságától függetlenül állandó

15. AP: membránon átfolyó ionáramok következménye Na permeabilitás több 100x-ra fokozódik, gyors, ff, TTX szenzitív Na csat. EC Na grádiensnek megfelelően befelé áramlik depolarizálják a membránt (csúcspot., spike) AP maximumának elméleti felső határa: Na egyensúlyi pot. Na permeabilitás, Na áram lecsökken, ill. megszűnik ezzel párhuzamosan a K permeabilitás nő, kifelé áramlanak membránpotenciált a negatív irányba viszik elrepolarizáció (nyugalminál kissé negatívabb lesz) AP nem éri el a Na egyensúlyi pot-t, Na permeabilitás még az EP elérése előtt lecsökken, közben megindul a K permeabilitás fokozódása Repolarizáció: K csat. nyit membrán depolarizációra megnyíló késői feszültségfüggő K csat-án keresztül áramlanak ki a K-ok depol-t követően viszonylag lassan nyílnak és depolarizált állapotban nem inaktiválódnak, TEA-blokkol