11/06/08

1

Raţionament

Conştiinţa de sine?

Neuroştiinţe

ReflexInstinct

Motivare

Timp geologic

Nevertebrate

Tactism Reflex

Vertebrate

11/06/08

2

Biologia moleculară a excitabilităţii

Excitabilitate

ExcitabilitateExcitabilitate -- capacitatea capacitatea pp((condiţiacondiţia) unui sistem viu de ) unui sistem viu de a captaa captasemnalesemnale specificespecifice, ca formă de , ca formă de actualizare a informaţieiactualizare a informaţiei,, necesare necesare organizării lui întru adaptabilitateorganizării lui întru adaptabilitate şşiiorganizării lui întru adaptabilitate organizării lui întru adaptabilitate şşi i continuitatecontinuitate

11/06/08

3

Relaţia semnal - stimul

receptorsemnal stimul?

Interacţiunea stimul - receptor

Interacţiunea stimul - receptor

rfizic

stimul

c e

p t o

?chimic

fizic

răspuns

R e

11/06/08

4

De la transport ionic membranar la comportament

11/06/08

5

lipide

Monostrat fosfolipidic

Bistrat lipidicp

Apa

11/06/08

6

moleculă proteicămoleculă lipidică

11/06/08

7

11/06/08

8

C l i i

Sistemul de transport ionic membranar (STIM)

- Canale ionice

- Pompe ionice

- Transportori ionici

Canale ionice

- controlate (gated) de voltaj

Canale ionice controlate (gated)

- controlate (gated) – de voltaj- controlate (gated) – de mediator- controlate (gated) – mecanic

Canale ionice fără poartă necontrolate (nongated)

11/06/08

9

Canale ionice fără poartăCanale ionice fără poartă necontrolate (nongated)

Semnificatie fiziologicaSemnificatie fiziologica

11/06/08

10

Canale ionice cu poartăCanale ionice cu poartă controlate (gated)

Voltaj dependenteVoltaj dependente

11/06/08

11

Canale ionice cu poartăCanale ionice cu poartă controlate (gated)

Controlate chimicControlate chimic

Canale ionice – Ach

11/06/08

12

Schema generala a receptorului de NMDANMDA – N-metil-D-aspartat; PCP- fenciclidina; MK-801 - dizocilpina

Kai

nat

K

ain

at

00

00 n

M, C

A3

nM

, CA

3

KK 2020B

icu

culină

Bic

ucu

lină

20

20 µµ

M, C

A3

M, C

A3

CONTROLCONTROL CRICRIZĂ EVOCATĂ CRIZĂ SPONTANĂZĂ EVOCATĂ CRIZĂ SPONTANĂ

BB 22

Bicuculina

11/06/08

13

Canale ionice cu poartăCanale ionice cu poartă controlate (gated)

Controlate mecanicControlate mecanic

intracelular

situs de ancorare

STIM

extrcelular

membrană celulară

proteină fibrilară

membrană celulară

intracelular

11/06/08

14

situs de ancorareextrcelular

STIM

membrană celulară

poartăproteină fibrilară

intracelular

Canale de potasiu

4-amino-piridină

Tetraetilamoniu

Glibenclamidă

Nifedipină

Nimodipină

Verapamil

Omegaconotoxină

Bepridil

Efonidipină

Canale de calciu Canale de sodiu

Dizociplină

Feniciclidină

Analogi de

Fenciclidină

Analogi de tedisamil

Alfa-dendrotoxină

Charybdotoxină

Englitazonă

Nicardipină

Fenciclidină

Dopamina

Mibefradil

Nichel, cesiu

Cadmiu, lantan

Ceriu

Zonisamid

tedisamil

Difgenilamină 2 carboxilat

g

Azimilida

Dimetilsulfoxid

Dizocilpină

NitrendipinăClordiazepoxid

Penfluridol

Flunorizină

Blocanţi decanale ionice

11/06/08

15

particularităţi funcţionale

POMPE IONICE

t t ti i i l i- transport activ-ioni, mol. organice- implică reacţii enzimatice- rată mică de transport

clasificare

POMPE IONICE

ti P- tip P

tip ABC

- tip F- tip V

- tip ABC

11/06/08

16

Na+, K+, H+, Ca++Molecule mici

citosol

P ti F i P ti ABCPompe tip P Pompe tip F şi tipV

Pompe tip ABC (transporteri)

POMPE IONICEtip P

P N K- Pompa Na-K- Schatzmann 1953 glicozide cardiace- Skou, 1957 ATP-aza activata de Na şi K

1977, PN

11/06/08

17

situs oubaina

gradient electrochimic

gradient electrochimic

citosol

citosol

extracelular

ROL

11/06/08

18

POMPE IONICEtip P

Pompa Ca

EEExxxtttrrraaaccceeelll AAA

Pompa de Ca

SSSiiittt ddd lll CCC 222+++

IIInnntttrrraaaccceeelll...

NNN

CCC

SSSiiitttuuusss dddeee llleeegggaaarrreee aaa CCCaaa222+++

SSSiiitttuuusssuuulll AAATTTPPP---aaazzzeeeiii CCCaaalllmmmoooddduuullliiinnnăăă

SSSiiitttuuusssuuulll dddeee llleeegggaaarrreee aaa AAATTTPPP

11/06/08

19

POMPE IONICE- tip F- sintetizează ATP pe baza gradientului de Hbaza gradientului de H

- tip V intoduc H in lisosomi si vezicule sinapticevezicule sinaptice

11/06/08

20

POMPE IONICEtip ABC

Transportori ionici

- Na/Ca - Na/H

- Cl/HCO3 -- Na/ aa, Na/G - Na/HCO3

3- Na/K/2Cl - K/Cl

11/06/08

21

3Na+

K+

H+

H+

Ca2+

POMPE

K+

TRANSPORTORI

Cl-

Ca2+

K+

Cl-

Cl-

AA

Na+

CANALE

Componentele sistemului de transport ionic membranar.

Distribuţia sarcinilor electrice

11/06/08

22

Valorile concentraţiilor ionice şi apotenţialului Nernst în celula nervoasă

IIIooonnn CCCooonnnccceeennntttrrraaaţţţiiieeeeeexxxtttrrraaaccceeellluuulllaaarrrăăă

(((mmmMMM)))

CCCooonnnccceeennntttrrraaaţţţiiieee iiinnntttrrraaaccceeellluuulllaaarrrăăă

(((mmmMMM)))

PPPooottteeennnţţţiiiaaalll NNNeeerrrnnnsssttt (((mmmVVV)))

KKK+++ 555 111444000 –––888999...000000000222111888999333 CCClll--- 111111000 111000 666444 000444555666555000111444CCClll 111111000 111000 666444...000444555666555000111444 NNNaaa+++ 111444555 111000 777111...444222444111333222111444

Ec. Goldman

Ec. Nerst

11/06/08

23

Potenţial de acţiune

0

m

V PAPA

NaNa++

KK++

50 KK

+20

repolarizaredepolarizare

- 60

Pm

(m

V)

repolarizaredepolarizare

depolarizare

timp (ms)

Variaţia potenţialului de membrană în raport cu activitatea celulei nervoase

hiperpolarizare repolarizare

11/06/08

24

I. Date generaleSNC - 1011 neuroni;

Transmiterea şi procesarea semnalului în sistemul nervos

SNC - 1011 neuroni;- 1000 sinapse/neuron - alte mecanisme de comunicare- neuron=microprocesor ?

11/06/08

25

Transmiterea şi procesarea semnalului în sistemul nervos

Repere istoriceL Galvani 1791 97 electricitateaL.Galvani 1791- 97-electricitatea

animală

J.Bernstein- potential bioelectric A.Volta-bateria electrică

Ch Sh i t 1897 Si

Otto Loewi-1920- Ach

Cole şi Curtis -1939, Hodkin&KatzCh. Sherrington 1897- Sinapsa

Hodkin & Katz- 1949- PA / Na

11/06/08

26

Componenta tComponenta trigger rigger si de conduceresi de conducere

model tridimensionalal sinapsei electrice:

A. Secţiune prin sinapsă Fiecare

Transmiterea sinaptică electrică

sinapsă. Fiecare din cele două membrane conţine câte o jumătate din canalul sinaptic.

B ConformaţiaB.Conformaţia conexonului variază cu starea închis/deschis.

C. Semnificaţiefuncţională ?

11/06/08

27

Neurotransmiţători cu moleculă mică şi enzimele lor de biosinteză

TransmiTransmiţătorţător Enzime Enzime Activitate Activitate

Acetil colinăAcetil colină Colin acetiltransferazăColin acetiltransferază Specifică Specifică

Amine biogeneAmine biogene

D i ăD i ă Ti i hid il ăTi i hid il ă S ifi ăS ifi ăDopamină Dopamină Tirozin hidroxilazăTirozin hidroxilază SpecificăSpecifică

Epinefrină Epinefrină Tirozin hidroxilază şi Tirozin hidroxilază şi dopamin b hidroxilazădopamin b hidroxilază

Norepinefrină Norepinefrină Tirozin hidroxilază şi Tirozin hidroxilază şi dopamin b hidroxilazădopamin b hidroxilază

SpecificăSpecifică

Serotonină Serotonină Triptofan hidroxilazăTriptofan hidroxilază SpecificăSpecifică

Histamină Histamină Histidin decarboxilazăHistidin decarboxilază Specificitate incertăSpecificitate incertă

Aminoacizi Aminoacizi

GABAGABA Glutamat decarboxilazăGlutamat decarboxilază Specificitate probabilăSpecificitate probabilă

Glutamat Glutamat Enzime din Enzime din metabolismul general metabolismul general

Cale specifică Cale specifică nedeterminatănedeterminată

Glicină Glicină Enzime din Enzime din metabolismul generalmetabolismul general

Cale specifică Cale specifică nedeterminatănedeterminată

Peptide cerebrale neuroactive clasificate după localizarea tisulară

Categoria Categoria Peptide Peptide

Hormoni eliberatori hipotalamiciHormoni eliberatori hipotalamici TRH, GnRH, Somatostatin, CRH, GHTRH, GnRH, Somatostatin, CRH, GH--RHRH

Hormoni neurohipofizariHormoni neurohipofizari Vasopresină, OxitocinăVasopresină, OxitocinăHormoni neurohipofizariHormoni neurohipofizari Vasopresină, OxitocinăVasopresină, Oxitocină

Peptide hipofizarePeptide hipofizare ACTH, BACTH, B--endorfină, Aendorfină, A--MSH, Prolactină, MSH, Prolactină, LH, GH, TSHLH, GH, TSH

Peptide gastrointestinalePeptide gastrointestinale

VIP, CCK, Gastrină, Neurotensină, MetVIP, CCK, Gastrină, Neurotensină, Met--Enkefalină, LeuEnkefalină, Leu--Enkefalină, SP, Enkefalină, SP, Insulină, Glucagon, Bombezină, Insulină, Glucagon, Bombezină, Secretină, SST, TRH, MotilinăSecretină, SST, TRH, Motilină

Peptide cardiacePeptide cardiace ANFANF

Altele Altele

Angiotensina II, Bradikinină, Angiotensina II, Bradikinină, Calcitonină, CGRP, NPYY, Galanină, Calcitonină, CGRP, NPYY, Galanină, Substanţa K (Neurokinina A), Peptide Substanţa K (Neurokinina A), Peptide de somnde somn

11/06/08

28

Sinapsa chimicăSegment presinaptic

EAGONIŞTI

ANTAGONIŞTI

Segment postsinaptic

Sinapsă excitatorie

Sinapsă inhibitorie

sinapsa colinergică

11/06/08

29

Receptori colinergici.

NicotiniciAg.nicotinaAtg. d-tubocurarina

MuscariniciAg.muscarina, pilocarpinaAtg. atropina

Ag.oxotremorinaAtg. propilbenzilcolina

Nicotinici musculariAg.feniltrimetilamoniuAtg. d-tubocurarina

Nicotinici neuronaliAg.dimetilfenilpiperazina

citisinaAtg. trimetafan, bungarotoxin

embrionar(α1)2βγδ nicotinici

neuronalinicotinici

limuscariniciM1 5

jonctional(α1)2βεδ

neuronaliα 2-10

neuronaliβ2-5

M1-5

R. MUSCARINICI

Muscarinici M1pirenzepin

Muscarinici M2metoctraminămetoctramină

Muscarinici M3hexahidrosiladifenidol

Muscarinici M4himbacină

Muscarinici M5?

11/06/08

30

I. Distribuţia periferică

Distribuţia receptorilor colinergici

- m.scheletic (N)- s n v (N+M)

II. Distribuţia centrală – SNC (N+M)

III. Alte roluriorgs. unicelulare orgs. pluricelulare

dezvoltarediferenţiere

Receptorii nicotinici musculari embrionarit tă f ţ fib i l

I.Distribuţia receptorilor colinergici

- pe toată suprfaţa fibrei musculareneinervată sau denervată- au o rată mare a turnoverlui

Receptorii nicotinici musculari joncţionaliReceptorii nicotinici musculari joncţionali- la nivelul joncţiunii neuromusculare- au o rată mică a turnoverlui

11/06/08

31

Receptorii nicotinici neuronaliI.Distribuţia receptorilor colinergici

- sp.şi psp.din creasta neurală,i tăţi id ti

Receptorii muscarinici neuronali

- gg. postsinp. sp.,psp. şi MS.au proprietăţi identice

- postgg psp - m n visceral miocardpostgg.psp. m.n.visceral, miocardglande secretorii

- postgg.sp.- piloerecţie, sudoraţie

II.Distribuţia receptorilor colinergici-interneuronilor-corpul striat- controlul motor extrapiramidal şi memorie-neuronilor de proiecţie: din nc.bazali,conectati cu hipocampusulbulbul olfactiv şi cortex.(Meynert- b. Alz.

- cel. Renshaw

-din tr.cerebral, conectati cu talamusul,nc. interpeduncular,coliculii. sup

11/06/08

32

Transportor de colina (ChT)

Transportor vezicular ACh (VAchT)

Sinapsa Colinergica

ACh

ACh

ACh

Colina

( )

vesamicol

ChAT

AChE

ACh

ACh Colina + Ac-

Colina

AcCoA

fisostigmina hemicolinium

Trasportor de colina (ChT)

- 13 segmente transmembranare d d- grad mare de conservare

filogenetică

- in neuron Na dependent situsuri- in alte ţesuturi, (Km=10-100µ mol/L) - in neuron, Na dependent, situsuri

de fosforilare, (Km= 1-5 µ mol/L)- co-localizat în membr. veziculară cu VAchT şi în membrana sinaptică

11/06/08

33

Trasportor de colina (ChT)

- blocarea endocitozei colinei ?- nr. şi activităţii ChT din

membrana sinaptică - stimularea sintezei şi elib. ACh ?

- nr. şi activităţii ChT din membrana sinaptică

- captarea Ch = factor de control al biosintezei şi eliberării ACh

- tratamentul cu hemicolină ?

Transportor vezicular de acetilcolina (VAChT)

- 12 segmente transmembranare - gena localizată pe Cr.X in apropierea genei de sinteza a ChAT- este un antiporter H+ / ACh, ATP

depentent- este inhibat selectiv de vesamicol

depentent

11/06/08

34

Acetilcolinesteraza (AChE) -Este un important factor de controlal transmiterii sinaptice - animale knock out prezinta un tremor continuu, dezvoltare deficitară, disfuncţii neurologice Inhibitori AChE: sarinul compuşi-Inhibitori AChE: sarinul, compuşi

organofosforici induc fibrilaţii musculare, blocarea activităţii musculare

Acetilcolinesteraza (AChE) -succinilcolina blocant muscular competitiv - miorelaxant

ti li t t t t t- anticolinesteraze - tratament pentrumiastenia gravis, B.Alzhaimer

-inhibitori reversibili: edrofonium, galaminagalamina

11/06/08

35

NE

β A

ACh

M2/M4

Răspunsuri biochimice mediate prin receptorii colinergici muscarinici

GTP

αSγ

β

β-AdrR

GTP

mAChR

αiβ

γAC

ATP

cAMP

-

M(1,3,5)mAChR

Stimularea fosfolipazei C fosfoinozitid-specifica

ProteinkinazaC

αq/11γ

β

GTP

PIP2↔PIP↔PIPI-PLC

Diacilglicerol

Ca2+

g

IP3

11/06/08

36

ACh

αiγ

M2/M4mAChR

β

K+GTP

Basic Neurochemistry – G. Siegel, Elsevier, 2006

sinapsa adrenergică

11/06/08

37

Subtipuri de receptori α1-adrenergici

α1A α1B α1DAminoacizi 430-476 515 560Cromosom 8 5 20Cale efectoare ↑Ca2+, PKC ↑Ca2+, PKC ↑ Ca2+, PKC

Distributie inimă ficat splină rinichi aortaDistributie inimă, ficat, splină, rinichi, aorta,cerebellum, creier fetal cortex cerebral

cortex cerebral, vase sangvase sanguine

Subtipuri de receptori α2-adrenergici

α2A α2B α2C

Aminoacizi 450 450 461Cromosom 10 2 4Cale efectoare ↓cAMP ↓cAMP ↓cAMPDistribution pancreas, ficat, inimă,plămân

intestin subţire, talamus aorta, hipocampuslocus ceruleus bulb olfactiv,

hipocampus

11/06/08

38

Subtipuri de receptori β-adrenergici

β1 β2 β3

Aminoacizi 477 413 402/408

Cromosom 10 5 8

Cale efectoare cAMP cAMP cAMP

Distributie inimă, rinichi, plămân,ficat creier,cortex cerebral cerebel ţesut adiposcortex cerebral, cerebel, ţesut adiposhipotalamus hipocampus,

cortex cerebral,muschi neted,bulb olfactiv

Caracteristici ale şoarecilor knockoutpentru receptori catecolaminergici

Knockout FenotipReceptor adrenergic 1A Scăderea presiunii arterialeReceptor adrenergic 1B Scăderea presiunii arteriale şi a răspunsului la

stimulenţii SNCReceptor adrenergic 1D Scăderea presiunii arteriale

Receptor adrenergic 2A Creşterea activităţii simpatice, tahicardieReceptor adrenergic 2B Scăderea răspunsului vasoconstrictor la

agoniştii α2R t d i 2C Fă ă f ti id tReceptor adrenergic 2C Fără un fenotip evidentReceptor adrenergic β1 Majoritatea mor prenatal

Receptor adrenergic β2 Modificări de tonus vascular şi de metabolism energetic în stres

Receptor adrenergic β3 Modificarea concentraţiilor de leptină şi insulină după tratamentul cu agonişti

11/06/08

39

Sinapsa noradrenergica

Sinapsa glutamatergica

11/06/08

40

Transportori sinaptici