Rola wapnia w fizjologii i patologii neuronów

Save this PDF as:
 WORD  PNG  TXT  JPG

Wielkość: px
Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Rola wapnia w fizjologii i patologii neuronów"

Transkrypt

1 Rola wapnia w fizjologii i patologii neuronów STRESZCZENIE artykule na wstępie przedstawiono ewolucyjne aspekty dwoistej roli jonów wapnia W jako cząsteczek sygnałowych oraz kationów o działaniu cytotoksycznym. Następnie omówiono mechanizmy homeostazy wapnia w neuronach z uwzględnieniem specyficznych funkcji tych komórek pobudliwych, oraz mechanizmy generacji i przekazywania sygnału wapniowego. W oparciu o te informacje została przedstawiona w zarysie rola Ca 2+ w specyficznych funkcjach komórek nerwowych, jak pobudliwość, przewodnictwo nerwowe, przekaźnictwo synaptyczne, plastyczność i różne formy mobilności. Następnie omówiono rolę zaburzeń homeostazy wapnia i jego funkcji sygnałowych w mechanizmach uszkodzenia i śmierci neuronów w ostrych schorzeniach, ze szczególnym uwzględnieniem niedokrwienia mózgu, oraz w przewlekłych chorobach neurozwyrodnieniowych. WPROWADZENIE Wapń jest dwuwartościowym kationem zewnątrzkomórkowym, a wysoki gradient jego stężeń w przedziałach na zewnątrz i wewnątrz komórki przekracza wartość We krwi i płynach tkankowych ssaków stężenie Ca 2+ jest utrzymywane na stałym poziomie około 10 3 M, podczas gdy jego spoczynkowe stężenie w cytosolu wynosi poniżej 10 7 M. Równie niskie stężenia jonów Ca 2+ obserwuje się zarówno w komórkach ssaków jak i u prokaryota, co świadczy o tym, że mechanizmy usuwania wapnia z komórek są stare i ewolucyjnie zachowane. Wiadomo od dawna, że jony Ca 2+ odgrywają kluczową rolę w fizjologii komórek, a zwłaszcza neuronów. Z drugiej strony masowy napływ Ca 2+ jest toksyczny dla komórek, a udział wapnia w mechanizmach uszkodzenia i śmierci neuronów jest przedmiotem badań od wielu lat. Uważa się, że cyto- i neurotoksyczność Ca 2+ wynika z jego właściwości chemicznych oraz szczególnej roli w mechanizmach przekazywania sygnału, leżących u podstaw fizjologicznych funkcji komórek, a szczególnie neuronów. Stąd też ich zaburzenie może mieć skutki letalne. Uniwersalne mechanizmy komórkowej homeostazy Ca 2+ oraz sygnalnej roli wapnia, dotyczące także neuronów, zostały przedstawione szczegółowo w innych rozdziałach bieżącego zeszytu Postępów Biochemii. W tym rozdziale zwrócimy uwagę na wybrane szczegółowe aspekty, ważne dla funkcji fizjologicznych lub patologii neuronów. DWOISTA ROLA WAPNIA W KOMÓRKACH: ASPEKTY EWOLUCYJNE Ewolucja życia na Ziemi potoczyła się w kierunku wykorzystania fosforanów jako anionów wewnątrzkomórkowych kluczowych dla metabolizmu energetycznego i przemian lipidów, regulacji aktywności białek i replikacji DNA. Przeciw-jonem w tych procesach jest Mg 2+, natomiast długotrwały wzrost stężenia Ca 2+ wewnątrz komórki jest dla niej zabójczy, ponieważ jony Ca 2+ konkurują z Mg 2+, a fosforany wapnia są praktycznie nierozpuszczalne w wodzie. Dla uniknięcia wytrącania się tych soli, stężenie Ca 2+ wewnątrz komórki musi być utrzymywane poniżej poziomu 10 5 M [1]. Elżbieta Salińska * Jerzy W. Łazarewicz Instytut Medycyny Doświadczalnej i Klinicznej im. M. Mossakowskiego Polskiej Akademii Nauk, Warszawa * Pracownia Farmakoneurochemii, Zakład Neurochemii, Instytut Medycyny Doświadczalnej i Klinicznej im. M. Mossakowskiego Polskiej Akademii Nauk, ul. Pawińskiego 5, Warszawa; tel.: (22) , Artykuł otrzymano 11 września 2012 r. Artykuł zaakceptowano 2 października 2012 r. Słowa kluczowe: homeostaza wapnia, ischemia mózgu, plastyczność neuronalna, receptory glutaminianergiczne, transdukcja sygnału, zwyrodnienie neuronów Wykaz skrótów: CICR (ang. Ca 2+ -induced Ca 2+ release) indukowany przez wapń wyrzut wapnia; ER siateczka śródplazmatyczna; IP 3 inozytolo-1,4,5-trifosforan; LTD (ang. long term depression) długotrwałe osłabienie synaptyczne; LTP (ang. long term potentiation) długotrwałe wzmocnienie synaptyczne; NCX wymiennik Na + /Ca 2+ ; PMCA (ang. plasma membrane Ca 2+ -ATPase) Ca 2+ -ATPaza błony plazmatyczej; ROC (ang. receptor-operated channels) receptory jonotropowe; SERCA Ca 2+ -ATPaza siateczki sarko/śródplazmatycznej (ang. sarcoplasmic/endoplasmic reticulum Ca 2+ -ATPase); VOCC (ang. voltage-operated Ca 2+ channels) kanały wapniowe zależne od potencjału błony Podziękowanie: Praca powstała w trakcie realizacji projektu badawczego nr N N finansowanego ze środków przyznanych przez MNiSW. Sugerowane są hipotezy dotyczące rozwoju mechanizmów homeostazy Ca 2+ w komórkach, które stały się kluczowe dla pojawienia się funkcji tych jonów w procesach przekazywania sygnałów, a których zaburzenie prowadzi do śmierci komórek. Chociaż obecnie stężenie Ca 2+ w oceanach waha sie w granicach M, zapewne ewolucja najwcześniejszych form życia, a być może także prostych eukaryota, miała miejsce w wodach w których stężenie jonów Ca 2+ początkowo nie przekraczało 10 4 M. Późniejszy jego wzrost do obecnego poziomu wymusił na komórkach ewolucję mechanizmów adaptacyjnych [1]. W rezultacie zarówno współczesne prokaryota jak i eukaryota dysponują dwoma podstawowymi mechanizmami usuwania Ca 2+ z komórek przez błonę plazmatyczną, to jest ATPazami PMCA zależnymi od dostępności ATP, oraz wymienni- Postępy Biochemii 58 (4)

2 kiem NCX napędzanym gradientem jonów sodu zależnym od aktywności Na + -K + -ATPazy. W przebiegu ewolucji eukaryota wzbogaciły mechanizmy homeostazy Ca 2+ w bardziej rozwinięte systemy buforowania wapnia wewnątrz komórek. Należy do nich pobieranie Ca 2+ przez struktury wewnątrzkomórkowe: ER i mitochondria, a także wiązanie przez liczne białka wiążące wapń o znaczącej pojemności buforowej. Ponadto pojawiły się kanały pojemnościowe w błonach plazmatycznych oraz receptory/kanały wrażliwe na IP 3 i rianodynę, odgrywające rolę w utrzymaniu zrównoważonego bilansu wapniowego w komórkach, uzupełnianiu zasobów Ca 2+ i uwalnianiu Ca 2+ z ER do cytosolu. W neuronach, komórkach pobudliwych cechujących się intensywnymi przepływami jonów wapnia, obserwujemy różnorodne drogi kontrolowanego wzrostu wewnątrzkomórkowego stężenia Ca 2+ i usuwania go z cytosolu [2]. Rozbudowany system homeostazy wapnia u eukaryota stał się w przebiegu ewolucji sprawnym narzędziem dla wykorzystania jonów wapnia w wewnątrzkomórkowych mechanizmach przekazywania sygnałów, szczególnie silnie rozwiniętych w neuronach [3]. Uważa się, że uniwersalna rola Ca 2+ jako cząsteczki służącej do przekazu sygnału wynika z unikalnych właściwości fizykochemicznych tego kationu, ponieważ w swej sferze koordynacyjnej może on pomieścić od 4 do 12 atomów tlenu [4]. Dzięki obecności obfitych zasobów jonów Ca 2+ w przestrzeniach na zewnątrz i wewnątrz komórki indukcja sygnału wapniowego jest błyskawiczna, ponadto jest możliwość jego szybkiego wygaszenia dzięki sprawnym mechanizmom usuwania tego kationu z cytosolu. GENEROWANIE SYGNAŁU WAPNIOWEGO W NEURONACH Wewnątrzkomórkowe sygnały wapniowe w neuronach są elementem łańcucha przekazu informacji w układzie nerwowym, zapoczątkowanego przez sygnał zewnątrzkomórkowy, w postaci pobudzenia synaptycznego docierającego do tych komórek w przebiegu neurotransmisji chemicznej lub elektrycznej [3]. W efekcie depolaryzacji błony plazmatycznej i/lub aktywacji receptorów, dochodzi do napływu jonów Ca 2+ do cytosolu ze środowiska zewnątrzkomórkowego lub do ich mobilizacji z zasobów wewnątrz komórki, co prowadzi do wzrostu stężenia Ca 2+ wewnątrz neuronów. Napływ Ca 2+ do neuronów przez błonę plazmatyczną zachodzi za pośrednictwem kanałów wapniowych VOCC lub receptorów jonotropowych ROC, a zwłaszcza receptorów dla glutaminianu specyficznie wrażliwych na N-metyl- -D-asparaginian (NMDAR) [5]. Z kolei pobudzenie receptorów metabotropowych sprzężonych za pośrednictwem białek G z fosfolipazą C, do których należą receptory metabotropowe dla glutaminianu (mglur) grupy I, prowadzi do mobilizacji wapnia z zasobów w ER, zachodzącej za pośrednictwem wtórnego przekaźnika IP 3 i specyficznych dla niego receptorów [6]. Początkowy krótkotrwały wzrost stężenia Ca 2+ w cytosolu spowodowany napływem z zewnątrz może być przedłużony i wzmocniony w wyniku wtórnego uwalniania Ca 2+ z ER, głównie za pośrednictwem receptorów rianodynowych, w mechanizmie CICR [7]. Dla kodowania sygnału przekazywanego za pośrednictwem jonów Ca 2+ wykorzystywana jest charakterystyka wzrostu wewnątrzkomórkowego stężenia tych jonów: jego amplituda, częstotliwość, czas trwania i lokalizacja wewnątrz komórki Rycina 1. Komórkowa homeostaza Ca 2+ na przykładzie dendrytu neuronów glutaminianergicznych w warunkach komfortu i niedoboru energetycznego. (A) Warunki prawidłowe. Ściśle kontrolowany napływ Ca 2+ przez VOCC i ROC (głównie NMDAR) jest równoważony przez wyrzut jonów wapnia z neuronów za pośrednictwem pompy PMCA i wymiennika NCX. Buforowanie Ca 2+ wewnątrz komórki przez białka wiążące wapń (CaBP) oraz pobieranie przez mitochondria (na drodze uniportu zgodnie z gradientem elektrochemicznym) i ER dzięki pompie SERCA. Mobilizacja Ca 2+ z ER w wyniku aktywacji receptorów metabotropowych grupy I (mglur1/5) i otwarcia kanałów receptorów IP 3 R lub w drodze CICR. (B) Warunki niedoboru energetycznego, np. w niedokrwieniu mózgu. Zahamowanie ATPaz, depolaryzacja neuronów oraz pobudzenie VOCC i ROC, zwłaszcza NMDAR prowadzi do napływu Ca 2+ do neuronów, wspomaganego przez odwrócenie trybu pracy NCX. Pobudzenie mglur I i wzrost stężenia Ca 2+ w cytosolu indukuje wyrzut wapnia z zasobów w ER za pośrednictwem IP 3 R i RyR (CICR). Początkowe przeładowanie mitochondriów wapniem owocuje ich deenergizacją, aktywacją megakanałów (MPT) z uwalnianiem Ca 2+ z mitochondriów

3 [8]. Postęp w badaniu z dużą rozdzielczością stężenia Ca 2+ w żywych komórkach pozwolił na ujawnienie, na tle globalnych wzrostów stężenia Ca 2+ przyrównywanych do analogowych sygnałów wapniowych, iskrzeń wapniowych (ang. calcium sparks) będących krótkotrwałymi lokalnymi bardzo znacznymi wzrostami stężeń Ca 2+, którym przypisuje się rolę cyfrowych sygnałów wapniowych [9]. Na dywersyfikację sygnałów wapniowych generowanych w neuronach ma także wpływ zróżnicowanie struktury molekularnej i składu podjednostkowego białek zaangażowanych w regulację przepływów Ca 2+. NAPŁYW JONÓW WAPNIA DO NEURONÓW Z PRZESTRZENI ZEWNĄTRZKOMÓRKOWEJ Sygnał elektryczny docierający do neuronu (tj. depolaryzacja błony) jest przetwarzany przez VOCC w sygnał wapniowy, którego pierwszym elementem jest napływ Ca 2+ do komórki i podwyższenie jego lokalnego stężenia (Ryc. 1A). Ten efekt, zwykle krótkotrwały, ma jednak doniosłe skutki regulacyjne. Heteromeryczne VOCC są pentamerami o złożonej strukturze podjednostkowej. W ich skład wchodzą podjednostki α1, kodowane przez 10 genów, zawierające sensor napięcia, por kanału selektywnego dla Ca 2+ i miejsce fosforylacji przez kinazę białkową zależną od camp, podjednostki α2 i δ, kodowane przez 3 geny i regulujące amplitudę prądów jonowych, oraz podjednostki β i γ pełniące funkcje regulatorowe. Skład podjednostkowy determinuje właściwości czynnościowe VOCC. W oparciu o kryteria elektrofizjologiczne i farmakologiczne wyodrębniono pięć typów VOCC, kanały L, P/Q, N, R i T. Wykazano istotne różnice w lokalizacji poszczególnych typów tych kanałów w różnych częściach komórki nerwowej i w ich funkcjach. Kanały N i P/Q są głównie zlokalizowane presynaptycznie i regulują zależną od Ca 2+ egzocytozę pęcherzyków synaptycznych [10]. Kanały L są zlokalizowane zarówno w części pre- jak i postsynaptycznej, głównie jednak w części proksymalnej dendrytów i ciele neuronów. Przypisuje się im rolę w regulacji za pośrednictwem jonów Ca 2+ transkrypcji genów, w aktywacji genów szybkiej odpowiedzi i w aktywacji wraz z kalmoduliną białka CREB [11]. Znane są złożone oddziaływania i powiązania czynnościowe kanałów L z różnorodnymi zależnymi od wapnia mechanizmami przekazywania sygnałów w neuronach [12]. Obecnie dysponujemy rozbudowanym zestawem narzędzi farmakologicznych służących do sterowania aktywnością VOCC [13]. ROC przetwarzają docierający z zewnątrz sygnał chemiczny, jakim jest związanie się specyficznego neuroprzekaźnika z receptorem w błonie synaptycznej w sygnał wapniowy wewnątrz komórki. Pobudzenie receptorów jonotropowych prowadzi bowiem do aktywacji kanału przepuszczalnego dla Ca 2+. Wśród ROC najbardziej rozpowszechnione w mózgu są jonotropowe receptory dla glutaminianu trzech podtypów: NMDAR, AMPAR i kainianowe (KAR) (Ryc. 1A) [14]. Szczególnie wysoką przepuszczalnością dla jonów wapnia cechują się NMDAR. Są to tetramery, składające się z dwóch podjednostek NR1 i dwóch podjednostek NR2. Występuje wiele wariantów poszczególnych podjednostek (NR1 1-4a/b oraz NR2 A-D ), co zapewnia ogromną różnorodność tych receptorów. Ich unikalną cechą jest detekcja koincydencji zdarzeń kluczowych dla aktywacji receptora: dostępności agonisty, którym jest neuroprzekaźnik - glutaminian, koagoniasty - glicyny lub D-seryny, oraz depolaryzacji błony plazmatycznej neuronu, w czym mogą pośredniczyć AMPAR [15]. Aktywacja kanału jonowego NMDAR zależy bowiem od depolaryzacji, która zwalnia jony Mg 2+ blokujące kanał. C-końcowe cytoplazmatyczne fragmenty podjednostek NMDAR służą do połączenia tych receptorów z innymi elementami gęstości postsynaptycznych (PSD, ang. post-synaptic density) w kolcach dendrytycznych synaps, co ma zasadnicze znaczenie dla procesów przekazywania sygnałów. AMPAR są heteromerami składającymi się z podjednostek GluR1-4 kodowanych przez cztery geny. Ich przepuszczalność dla jonów Ca 2+ jest normalnie bardzo ograniczona, jednak wzrasta ona dramatycznie przy braku w strukturze podjednostki GluR2, co ma istotne znaczenie funkcjonalne i patologiczne [16]. KAR mają strukturę i właściwości zbliżone do AMPAR. Inne przepuszczalne dla Ca 2+ podtypy ROC, to receptory jonotropowe dla acetylocholiny (nach), ATP (P2X) i serotoniny (5-HT3) [17], które cechują się mniej intensywnymi przepływami Ca 2+ i pozostają w cieniu receptorów dla glutaminianu. Podobnie jak w komórkach niepobudliwych, w neuronach zachodzi napływ wapnia za pośrednictwem kanałów pojemnościowych SOCC (ang. store-operated calcium channels) z udziałem białka Orai1, których aktywność jest regulowana przez wrażliwe na zawartość Ca 2+ w ER białka sensorowe STIM [18], wykryte w neuronach licznych okolic mózgu [19]. Napływowi pojemnościowemu wapnia przypisuje się udział w mechanizmach plastyczności neuronalnej [20]. UWALNIANIE JONÓW WAPNIA Z WEWNĘTRZNYCH ZASOBÓW NEURONÓW W uwalnianiu Ca 2+ zmagazynowanego w ER do cytosolu pośredniczą dwa typy kanałów wapniowych zlokalizowanych w błonach ER (Ryc. 1A) [6,7]. Jeden z nich, to receptor IP 3 (IP 3 R) o budowie tetrameru (monomeru), zbudowanego z trzech sklonownych izoform, a poszczególne podtypy IP 3 R różnią się właściwościami funkcjonalnymi [21]. Agonista tego receptora IP 3, to produkt sprzężonej z receptorami metabotropowymi fosfolipazy C [3]. IP 3 pełni funkcję globalnego przekaźnika sygnału w komórce, co wynika z jego długiego, mierzonego w sekundach okresu półtrwania i rozległego zakresu dyfuzji w komórkach w granicach 20 μm. IP 3 Rs integrują ten sygnał i przekształcają go w sygnał lokalny przekazywany przez jony Ca 2+. Ten podział ról wynika z faktu, że droga dyfuzji uwalnianych z ER jonów Ca 2+ jest 200 razy krótsza niż IP 3 [22]. Aktywność IP 3 R jest zwrotnie regulowana przez jony Ca 2+, przy czym Ca 2+ w stężeniach do 0,1 0,3 μm potęgują aktywność kanału, a przy wyższych stężeniach go inaktywują [23]. Z kolei białka wiążące wapń oraz cytochrom c hamują inaktywację kanału przez wyższe stężenia jonów Ca 2+ [24,25]. Drugi typ receptorów/kanałów wapniowych zaangażowanych w proces wyrzutu Ca 2+ z ER w neuronach, to receptor rianodynowy (RyR) (Ryc. 1A) [26]. RyR to homotetramer o dużej masie cząsteczkowej ok. 500 kda, z N- -końcową domeną cytoplazmatyczną, domeną błonową w pobliżu końca C cząsteczki oraz regionem pośrednim, zawierającym miejsca wiążące jony Ca 2+, ATP, kalmodulinę Postępy Biochemii 58 (4)

4 (CaM) i inne modulatory [27]. Sklonowane trzy izoformy RyR charakteryzują się różną lokalizacją w tkankach i nieco innymi właściwościami. Izoforma RyR1 występuje głównie w mięśniach szkieletowych, RyR2 w sercu i neuronach mózgu, a RyR3, choć nazywana neuronalną lub mózgową, jest wykrywana głównie w tkankach obwodowych. Aktywność RyR jest regulowana przez wapń, przy czym Ca 2+ w niskich stężeniach pobudza, a w wysokich hamuje aktywność RyRs [28]. Kofeina i cykliczna ADP-ryboza są odpowiednio egzoi endogennymi aktywatorami RyR [29]. Uwalnianie jonów Ca 2+ z ER w neuronach, zachodzące za pośrednictwem IP 3 R, jest wykorzystane w mechanizmie przekazywania sygnałów z udziałem receptorów metabotropowych, w tym w mglur grupy I, obejmującej dwa typy receptorów: mglur1 i mglur5 (Ryc. 1A) [30]. Jak wspomniano powyżej, niskie stężenia jonów Ca 2+ aktywują oba rodzaje receptorów/kanałów wapniowych występujących w ER. Ta cecha jest podstawą dla CICR, czynnościowego sprzężenia poprzez Ca 2+ kanałów i receptorów pośredniczących w napływie Ca 2+ ze środowiska zewnętrznego (zwłaszcza VOCC i NMDAR) z receptorami uwalniającymi Ca 2+ z ER, a szczególnie RyR. Znaczenie czynnościowe CICR polega na wzmacnianiu i przedłużaniu sygnału wapniowego w neuronach [31]. Bez względu na drogę uwolnienia Ca 2+ z ER, opróżnienie tych zasobów wapnia indukuje pojemnościowy napływ Ca 2+ do komórki oraz uzupełnienie zasobów w ER [18]. Niezależnie od znanych funkcji sekrecyjnych związanych z tworzeniem amyloidu β, białko presenilina odgrywa ważną rolę w integracji homeostazy wapnia w komórce, moduluje aktywność IP 3 R i RyR, pracę pompy wapniowej SERCA, wpływa na aktywację SOCC, a sama tworzy w błonie ER kanał wycieku Ca 2+ (ang. leak channel) [32]. BUFOROWANIE Ca 2+ I WYGASZANIE SYGNAŁU WAPNIOWEGO W NEURONACH Kontrolowany wzrost wewnątrzkomórkowego stężenia Ca 2+ w neuronach (sygnał wapniowy), dla zachowania swej kluczowej roli w systemie przekazu informacji w komórkach, wymaga skutecznych mechanizmów wygaszania, co sprowadza się do usuwania wolnych jonów Ca 2+ z cytosolu. Do tych mechanizmów należą wyrzut wapnia na zewnątrz komórki za pośrednictwem pompy PMCA i wymiennika NCX oraz buforowanie wewnątrz neuronów, polegające na pobieraniu Ca 2+ przez organelle komórkowe - ER i mitochondria oraz wiązaniu przez wyspecjalizowane białka [2]. USUWANIE Ca 2+ Z NEURONÓW Dla pełnego i długoterminowego wyrównania bilansu wapniowego komórki nerwowej oraz utrzymania niskiego stężenia Ca 2+ w cytosolu decydujące są mechanizmy usuwania tych jonów na zewnątrz (Ryc. 1A). W warunkach spoczynkowych tę rolę spełnia PMCA. Cząsteczka tego enzymu ma złożoną strukturę, w tym 10 fragmentów przeszywających błonę i 4 pętle wewnątrzkomórkowe z krótkim fragmentem N-końcowym, miejsce wiążące kwaśne fosfolipidy, domenę katalityczną oraz fragment C-końcowy zawierający miejsca modulatorowe wiążące CaM i fosforylowane przez kinazy białkowe C i A [33]. W mózgu występuje ponad 30 izoform PMCA; białko to jest kodowane przez 4 geny i są cztery alternatywne warianty jego składania. Dawno poznany mechanizm działania PMCA polega na zmianie konformacyjnej cząsteczki, zachodzącej dzięki hydrolizie ATP. Wyrzutowi wapnia z cytoplazmy towarzyszy napływ protonów do wnętrza komórki. Jako błonowa pompa wapniowa PMCA cechuje się względnie niską wydajnością, ale wysokim powinowactwem do jonów Ca 2+, dzięki czemu utrzymuje ich stężenie na prawidłowym poziomie poniżej 10 7 M. W neuronach pobudzonych dochodzi do znacznego wzrostu stężenia Ca 2+ w komórce. Do jego usuwania włącza się wymiennik NCX, wykorzystujący energię elektrochemicznego gradientu sodu (Ryc. 1A). Posiada on znacznie niższe niż PMCA powinowactwo dla jonów Ca 2+, ale dużą wydajność transportu. NCX jest białkiem transportowym niezależnym od potasu, kodowanym przez geny NCX1, 2 i 3 [34]. Ponadto występuje też transporter zależny od potasu, kodowany przez geny NCKX1 i 2. Białka te mają rozbudowaną strukturę zawierającą 11 domen transbłonowych, pętle cytoplazmatyczne z miejscami modulatorowymi, a po stronach na zewnątrz i wewnątrz komórki posiadają liczne miejsca wiążące jony [35]. Aktywność NCX jest modulowana przez ATP, stopień ufosforylowania, fosfoargininę, jony H + i Na +. Zależy ona też od stężenia jonów Ca 2+ w cytosolu, jest bardzo niska przy wartościach spoczynkowych poniżej 10-7 M, natomiast osiąga maksymalną wartość przy stężeniu Ca M [36]. Transport polega na wymianie 1 jonu Ca 2+ na 3 jony Na +, lub 1 jonu Ca 2+ i 1 jonu K + na 4 jony Na +, i jest odwracalny, przy czym kierunek transportu jest regulowany przez potencjał błonowy oraz gradienty stężeń jonów Ca 2+ i Na +. Odwrócony tryb pracy prowadzący do napływu wapnia, cechuje komórkę o niskim potencjale błonowym, z podwyższonym stężeniem sodu. Tak więc, wymiennik NCX pracujący w trybie odwróconym jest alternatywną drogą wnikania wapnia do komórek. POBIERANIE Ca 2+ PRZEZ MITOCHONDRIA I ER Obok wytwarzania ATP i regulacji metabolizmu w komórce, inną uniwersalną funkcją mitochondriów jest pobieranie jonów Ca 2+. Fakt, że ulega on znaczącej aktywacji dopiero przy stężeniu Ca 2+ > 0,5µM czyni z tego mechanizmu bufor wapniowy o stosunkowo niskim powinowactwie, ale dużej pojemności (Ryc. 1A). Ponieważ zewnętrzna błona mitochondrialna jest przepuszczalna dla substancji drobnocząsteczkowych (o małej masie cząsteczkowej), napływ Ca 2+ do mitochondriów polega na transporcie przez błonę wewnętrzną na zasadzie uniportu napędzanego przez potencjał mitochondrialny i gradient elektrochemiczny Ca 2+ [37]. Usuwanie Ca 2+ z mitochondriów do cytosolu zachodzi ze znacznie mniejszą szybkością, głównie na zasadzie wymiany z jonami Na + [38]. Zarówno uniporter jak i mitochondrialny wymiennik NCX są hamowane przez czerwień rutenową i kationy dwuwartościowe, przy czym jony Mg 2+ hamują aktywność uniportera przez działanie na miejsce regulatorowe. Za mechanizm mogący prowadzić do szybkiego usuwania nadmiaru jonów Ca 2+ z mitochondiów uważana jest aktywacja megakanałów (kanałów MPT, ang. mitochondrial permeability transition), co przy przeładowaniu mitochondriów jonami wapnia może się stać zarazem elementem dysfunkcji mitochondriów mogącej prowadzić 406

5 do nekrotycznej lub apoptotycznej śmierci neuronów [39]. Ponieważ w warunkach spoczynkowych w neuronach stężenie Ca 2+ jest znacznie niższe niż powinowactwo mitochondrialnego uniportera, buforowanie przez mitochondria wewnątrzkomórkowego stężenia Ca 2+ nabiera znaczenia regulacyjnego przy lokalizacji tych struktur w pobliżu zewnątrzkomórkowych lub wewnątrzkomórkowych kanałów wapniowych, gdzie lokalne stężenia jonów wapnia mogą na krótko osiągać wysokie wartości i wymagają buforowania [40]. Wysokie powinowactwo do Ca 2+ wykazuje system buforowania wapnia w ER, w skład którego wchodzą wapniowa AT- Paza SERCA, transportująca wapń do światła ER, białka wiążące Ca 2+ zlokalizowane wewnątrz kanałów ER, oraz receptory/kanały IP 3 i RyR uwalniające Ca 2+ (Ryc. 1A) [7,41]. Aktywności SERCA i pobieraniu Ca 2+ przez cysterny ER towarzyszy przeciwprądowy przepływ H +. Wykryto dotąd trzy izoformy i szereg wariantów SERCA: 1a i b, 2a i b oraz 3. Najlepiej poznano strukturę molekularną SERCA 2b zawierającą dziesięć domen transbłonowych, trzy domeny cytoplazmatyczne, w których zlokalizowane są miejsca wiązania ATP i ulegające fosforylacji, oraz dwa miejsce wiążące Ca 2+ [42]. Wzrastającą uwagę przyciąga homeostaza wapnia w jądrze komórkowym. Podwójna błona jądrowa jest w ciągłym kontakcie z ER, zachowując jej funkcje transportu Ca 2+. Pory w błonie jądrowej są przepuszczalne dla małych cząstek, w tym dla jonów Ca 2+. Wykazano, że transport Ca 2+ w błonie jądrowej jest spolaryzowany i są różnice w zawartości białek transportujących Ca 2+ w błonie zewnętrznej i wewnętrznej. Błona wewnętrzna obfituje w receptory IP 3 i rianodynowe, a błona zewnętrzna zawiera SERCA. Ułatwia to generowanie i wygaszanie sygnału Ca 2+ w nukleoplazmie, obfitującej w białka wiążące wapń. Te mechanizmy stanowią podłoże dla bezpośredniej roli wapnia w mechanizmach przekazywania sygnałów w jądrze komórkowym [43]. BIAŁKA WIĄŻĄCE Ca 2+ O znaczeniu mechanizmów wiązania Ca 2+ wewnątrz komórki świadczy to, że wolne jony Ca 2+ w cytosolu stanowią zaledwie 1% całkowitej zawartości wapnia, a reszta przypada na wapń związany z cząsteczkami jak ATP, a przede wszystkim z różnorodnymi białkami. Pomijając enzymy takie jak niektóre fosfolipazy A 2, posiadające w swojej strukturze miejsca wiążące Ca 2+ z niskim powinowactwem i aktywowane w obecności tych kationów [44], należy podkreślić znaczenie właściwych białek wiążących Ca 2+ [45]. Wśród nich wyróżniamy bufory wapniowe jak parwalbumina, kalbindyna i kalretinina, którym przypisuje się m. in. udział w wiązaniu i wewnątrzkomórkowym transporcie tego kationu, oraz sensory wapnia jak CaM, kalcyneuryna, białka S100 i troponina, a także neuronalne sensory wapnia (NCS), spełniające omówione poniżej funkcje regulacyjne ważne w mechanizmach przekazywania sygnałów. Właściwe białka wiążące wapń posiadają w swej strukturze różną liczbę domen zwanych EF-hand, umożliwiających wiązanie Ca 2+ [2,46]. Białka wiążące wapń, zarówno o niskim jak i o wysokim powinowactwie, występują w dużych ilościach zarówno w cytosolu, jak i w świetle cystern ER, w jądrze oraz w macierzy mitochondriów. CZUJNIKI WAPNIA; NIEGENOMOWE KONSEKWENCJE PRZEKAZYWANIA SYGNAŁU WAPNIOWEGO W NEURONACH Wynikiem wzrostu wewnątrzkomórkowego stężenia Ca 2+ jest ich przyłączenie się do białek zawierających domeny EF-hand, będących wewnątrzkomórkowymi czujnikami Ca 2+ i mediatorami zależnych od wapnia dalszych szlaków przekazywania sygnału. Przykładem specyficznych dla neuronów i wyspecjalizowanych białek będących sensorami wapnia są synaptotagminy, zlokalizowane w części presynaptycznej zakończeń synaptycznych i odgrywające kluczową rolę w zależnym od Ca 2+ wyrzucie neurotransmiterów nagromadzonych w pęcherzykach synaptycznych [47]. Kalmodulina (CaM) odgrywa szczególną rolę uniwersalnego czujnika wapnia integrującego sygnał wapniowy w neuronach i zaangażowanego w regulację bardzo licznych procesów komórkowych (Ryc. 2). W kompleksie z Ca 2+ wiąże się ona z szeregiem białek efektorowych, w tym enzymów takich jak kinazy i fosfatazy białkowe, cyklazy czy syntazy NO i reguluje ich aktywność [48]. Ważne miejsce wśród zależnych od wapnia i CaM mechanizmów przekazywania sygnałów w neuronach zajmuje szlak aktywowany przez pobudzenie receptorów NMDA lub VOCC i napływ Ca 2+, obejmujący aktywację syntazy NO, pobudzenie cyklazy guanylowej, produkcji cgmp i odpowiednich kinaz białkowych, fosfataz i kanałów jonowych, co prowadzi do modulacji aktywności synaptycznej [49]. Istotną rolę w procesie przekazywania sygnału odgrywają cyklazy adenylanowe wrażliwe na wapń i CaM. Natomiast wśród kinaz białkowych zależnych od wapnia i CaM (CaM kinaz), należy wyróżnić CaM kinazę II (CaMKII) zlokalizowaną postsynaptycznie, która jest podstawowym zależnym od wapnia regulatorem plastyczności synaptycznej. Przykłady mechanizmów, ważnych dla krótko- i długotrwałych zmian plastycznych w neuronach, a kontrolowanych przez Ca 2+, CaM i CaMKII to fosforylacja receptorów AMPA oraz aktywacja jądrowego czynnika transkrypcyjnego CREB [50]. Fosfataza białkowa, kalcyneuryna jest enzymem aktywowanym przez wapń i CaM, co powoduje, że CaM kontroluje także defosforylację białek [51]. Ca 2+ A REGULACJA EKSPRESJI GENÓW Szybkie odpowiedzi wewnątrzkomórkowe na wzrost stężenia Ca 2+ angażują głównie potranslacyjną modyfikację białek już obecnych w komórce. Jednakże długotrwałe zmiany strukturalne i funkcjonalne komórki, będące odpowiedzią na sygnał wapniowy, wymagają uruchomienia ekspresji odpowiednich genów. Wykazano, że sygnał wapniowy jest niezbędny do uruchomienia ekspresji genów wczesnej odpowiedzi takich jak np. c-fos czy zif/268, a w konsekwencji również do aktywacji ekspresji genów różnych białek docelowych. W neuronach można wyróżnić dwa mechanizmy, dzięki którym elektryczny sygnał pobudzenia komórki przekładany jest na transkrypcję. W pierwszym, jony Ca 2+ po wniknięciu do komórki aktywują znajdujące się w pobliżu cytoplazmatyczne przekaźniki, które następnie przekazują sygnał do jądra. W drugim jony Ca 2+ działają bezpośrednio w jądrze. Postępy Biochemii 58 (4)

6 Podstawowym szlakiem uruchamianym przez wzrost stężenia Ca 2+ w cytoplazmie jest szlak Ras/MAP kinaza/ ERK1/2 (ang. extracellular signal-regulated kinase 1/2), który prowadzi do aktywacji jądrowych kinaz Rsk 1-3, mających zdolność fosforylacji związanych z DNA białek regulujących transkrypcję (Ryc. 2). Szlak ten aktywowany jest głównie napływem Ca 2+ przez kanały związane z NMDAR [52], jednakże napływ Ca 2+ przez zależne od potencjału kanały typu L (L-VOCC) również może uruchomić ten szlak [53]. Nie jest do końca wyjaśnione, w jaki sposób sygnał wapniowy uruchamia kaskadę Ras/MAPK/ERK1/2. Część badaczy uważa, że kompleks Ca 2+ /CaM reguluje aktywację Ras poprzez czynnik uwalniający nukleotyd guanylowy Ras (Ras-GRF), inni z kolei opowiadają się za udziałem zależnej od Ca 2+ /CaM kinazy kinazy (CaMKK) oraz zależnej od Ca 2+ /CaM kinazy I (CaMKI) [54]. Przekaz sygnału przez ERK1/2 w jądrze zachodzi albo bezpośrednio za pomocą ufosforylowanego ERK1/2 (perk1/2) przedostającego się do jądra, albo pośrednio poprzez kinazy fosforyzowane przez perk1/2 w cytoplazmie przed ich przemieszczeniem się do jądra. Do kinaz tych należą zlokalizowana w jądrze i wymagająca obecności aktywnej MAPK MKS1/2 oraz RSK2, która jest importowana do jądra po jej ufosforylowaniu przez REK1/2 w cytoplazmie [54]. Wzrost stężenia Ca 2+ w cytoplazmie aktywuje również przekazywanie sygnału przez kinazy zależne od Ca 2+ i CaM (CaMKs) (Ryc. 2). CaMKs I, II i IV mogą fosforylować CREB na reszcie seryny 133 (Ser133), co jest niezbędne do zapoczątkowania transkrypcji, jednakże największe znaczenie wydają się mieć CaMKs II oraz IV. CaMK II zlokalizowana jest głównie w cytoplazmie, a jej aktywna forma może ulegać przemieszczeniu do jądra. W jądrze znajdują się również izoformy CaMKII mogące być aktywowane przez przedostające się do jądra jony Ca 2+ związane z CaM. Natomiast CaMK IV jest enzymem zlokalizowanym głównie w jądrze i jak wykazano jej aktywacja zbiega się w czasie z aktywacją CREB [55]. CREB nie jest jedynym czynnikiem transkrypcyjnym, który może aktywować jony Ca 2+ i CaM. Wykazano bowiem, że działanie CaMKIV jest niezbędne przy aktywowaniu C/EBPβ, ATF-1 oraz SRF [52]. Wiadomo, że chociaż napływ Ca 2+ przez L-VOCC silnie aktywuje CREB, to równoważny napływ Ca 2+ przez pozostałe VOCC nie skutkuje zainicjowaniem zależnej od CREB ekspresji genów [55]. Napływ Ca 2+ przez kanały związane z NMDAR jest dominującym elementem aktywacji ekspresji genów w embrionalnym rozwoju neuronów, jednakże wraz z dojrzewaniem tkanki mózgowej tę rolę przejmują również inne mechanizmy powodujące wzrost wewnątrzkomórkowego stężenia Ca 2+ [55]. Wykazano, że w dojrzałej tkance mózgowej napływ Ca 2+ przez VOCC typu L prowadzi do długotrwałej fosforylacji CREB, podczas gdy wejście Ca 2+ kanałami związanymi z NMDAR skutkuje krótkotrwałą fosforylacją [56]. Oprócz opisanych powyżej dwóch szlaków przekazywania sygnału wapniowego w cytoplazmie, transkrypcja może być aktywowana bezpośrednio przez wzrost stężenia Ca 2+ w jądrze. Podwyższenie poziomu Ca 2+ w jądrze najczęściej związane jest z uwalnianiem Ca 2+ z magazynów wewnątrzkomórkowych, ale może też być wynikiem przemieszczenia się kompleksu Ca 2+ /CaM do jądra. Bezpośredni napływ Ca 2+ do jądra wiąże się z silną lub powtarzającą się stymulacją dendrytów, co powoduje masowy napływ Ca 2+, przemieszczającego się do ciała komórki. Ponieważ struktura błony jądrowej pozwala na dyfuzję Ca 2+ do jądra, przy wzroście stężenia Ca 2+ w pobliżu tej błony, część przemieszcza się do nukleoplazmy, a ponadto jony Ca 2+ mogą być uwalniane z zasobów wewnątrz podwójnej błony jądrowej [43,57]. Uważa się, że jony Ca 2+ w jądrze nie angażują się w aktywację specyficznych czynników transkrypcyjnych, ale raczej kontrolują, poprzez aktywację jądrowej CaMKIV, aktywność białek wiążących CREB (CBP). CBP może oddziaływać z wieloma czynnikami transkrypcyjnymi, stanowiąc mechanizm, poprzez który sygnał wapniowy w jądrze może modulować aktywność potencjalnie dużej liczby tych czynników, a co za tym idzie ekspresję dużej liczby genów [58]. Rycina 2. Rola Ca 2+ w przekazywaniu sygnału uruchamiającego transkrypcję genów w neuronach. Napływ Ca 2+ do wnętrza neuronów przez VOCC lub ROS powoduje aktywację kilku szlaków sygnałowych jak cyklazy adenylanowej (AC), kinazy aktywowane kompleksem Ca 2+ /kalmodulina przez Ras. Każda z tych dróg prowadzi do przekazania sygnału do jądra i uruchomienia kinaz przemieszczonych do jądra (PKA, RSK1-3 i CaMKII) oraz aktywacji jądrowych kinaz (CaMKII i IV), co w efekcie umożliwia fosforylację CREB i rozpoczęcie transkrypcji genu. CREB jest najlepiej poznanym do tej pory czynnikiem transkrypcyjnym regulowanym sygnałem wapniowym (Ryc. 2). Wiąże się w postaci dimeru do domeny DNA nazwanej elementem odpowiedzi na camp (CRE) i jest kluczowym elementem w ekspresji genów aktywowanej sygnałem wapniowym w komórkach pobudliwych. Uruchomienie transkrypcji genów, w której pośredniczy CREB, wymaga fosforylacji reszty Ser133 w tym białku. Fosforylacja ta może być katalizowana przez szereg kinaz, takich jak kinaza białkowa A (PKA), CaMK I, II i IV, regulowana przez ERK kinaza RSK2 czy kinazy regulowane przez p38 MAP [52]. Nie oznacza to jednak, że każda fosforylacja reszty Ser133 skutkuje aktywacją 408

7 transkrypcji. Wykazano, że do zapoczątkowania transkrypcji niezbędny jest dodatkowy czynnik aktywowany jądrową CaMKIV, którym jest białko wiążące CREB (CBP). CBP jest białkowym koaktywatorem, który nie wiąże się bezpośrednio z DNA, może za to oddziaływać z wieloma czynnikami transkrypcyjnymi [58]. Łączenie CBP z wybranym promotorem jest inicjowane przez kaskady uruchamiane sygnałem wapniowym, ale żaden z tych szlaków nie aktywuje samego CBP. Aktywacja CBP kontrolowana jest przez jony Ca 2+ w jądrze oraz jądrową CaMKIV, jednak sam mechanizm aktywacji jest do tej pory niejasny. CaMKII, która również może fosforylować w CREB resztę Ser133, fosforyluje też resztę Ser142, co skutkuje zahamowaniem transkrypcji. Fosforylacja reszty Ser142 jest indukowana sygnałem pochodzącym z depolaryzacji błony komórkowej, która ma miejsce w czasie trwania transkrypcji aktywowanej CREB [55]. Oddziałujące z CBP czynniki transkrypcyjne inne niż CREB, również mogą być zaliczone do regulowanych przez sygnał wapniowy. Jednym z nich jest c-jun, którego aktywacja przez sygnał wapniowy w komórkach hipokampa nie wymaga, jak w innych przypadkach, fosforylacji reszt seryny 63 i 73, za to jest kontrolowana przez CaMKIV i aktywację CBP. To sugeruje, że CBP przyłączone do c-jun jest jednocześnie miejscem regulacji transkrypcji aktywowanej przez Ca 2+ [52]. Innym elementem regulowanym przez jony Ca 2+ jest czynnik SRF (ang. serum response factor), znaleziony na promotorze c-fos i miejscach regulatorowych kilku innych genów [59]. Łączy się on z domeną SRE (ang. serum response element) w postaci dimeru, często w towarzystwie jednego z koaktywatorów transkrypcji z rodziny TCFs (ang. ternary complex factors), również regulowanego przez Ca 2+ lub MRTF (ang. myocardin-related transcription factor) [59,60]. W odróżnieniu od CREB/CBP, ekspresja genów regulowana przez SRF jest kontrolowana przez mechanizm uruchamiany przez cytoplazmatyczny sygnał wapniowy [57]. Uważa się, że szlakiem przekazywania sygnału zaangażowanym w aktywację SRF raczej nie jest kaskada Ras/MAPK/ERK1/2 i że zaangażowane są tu CaM kinazy [52]. CaMKII, która katalizuje fosforylację reszty Ser103 w SRF wydaje się jednak nie być jedynym aktywatorem SRF regulowanym Ca 2+ i prawdopodobnie w aktywację transkrypcji zaangażowane są jeszcze inne białka [61]. Wzrost stężenia jądrowego Ca 2+ może bezpośrednio regulować proces transkrypcji poprzez DREAM (ang. downstream regulatory element antagonist modulator). Jest to białko zawierające wiążącą Ca 2+ domenę EF-hand, łączące się z DRE (ang. downstream regulatory element). Kompleks DRE- AM/DRE hamuje transkrypcję, prawdopodobnie przez hamowanie elongacji transkrypcji. Gdy wzrasta stężenie Ca 2+ w jądrze, Ca 2+ wiąże się do DREAM, zmniejszając jednocześnie jego powinowactwo do DRE. Skutkiem tego jest odłączenie się DREAM od DNA i zwolnienie hamulca transkrypcji docelowego genu. DREAM jest białkiem szeroko rozpowszechnionym w układzie nerwowym, szczególnie w neuronach czuciowych, gdzie odpowiedzialny jest za ekspresję prodynorfiny, genu związanego z modulacją bólu [62]. FIZJOLOGICZNA ROLA JONÓW WAPNIA W NEURONACH Jony Ca 2+ są uniwersalnym przekaźnikiem informacji we wszystkich komórkach, pełnią jednak szczególną rolę w komórkach pobudliwych, gdzie sprzęgają pobudzenie z ich specyficzną funkcją. W układzie nerwowym jony Ca 2+ są zaangażowane w neurotransmisję na wielu etapach tego procesu. Regulują one pobudliwość neuronów, w części presynaptycznej synaps aktywują sekrecję neuroprzekaźników chemicznych, a w części postsynaptycznej pełnią funkcję wtórnego przekaźnika sygnału [3]. Jak omówiono powyżej, jony Ca 2+ i zależne od nich szlaki sygnałowe są w neuronach zaangażowane w przekaz informacji od synapsy do jądra. Zmiany stężenia jonów Ca 2+ wewnątrz komórki, a więc sygnały wapniowe, są w neuronach wykorzystywane do krótkotrwałej regulacji aktywności tych komórek lub w procesach długo trwających. Wśród procesów długo trwających należy wymienić mechanizmy wzrostu neurytów, tworzenia i przebudowy sieci neuronalnej, regulacji siły połączeń synaptycznych oraz procesy warunkujące przeżycie lub programowaną śmierć tych komórek. Te długotrwałe mechanizmy wymagają zmiany ekspresji genów. ROLA WAPnIA W NEUROTRANSMISJI Od dawna znany jest udział Ca 2+ w stabilizacji potencjału błony plazmatycznej i regulacji pobudliwości komórek pobudliwych; wiadomo, że niedobory wapnia, które obserwuje się np. w tężyczce prowadzą do zaburzenia pobudliwości. Szczegółowy mechanizm tego zjawiska jest złożony [63], jego ważnym elementem jest aktywacja przez Ca 2+ kanałów potasowych regulujących potencjał błonowy, a zarazem biorących udział w mechanizmach plastyczności neuronalnej [64]. Regulowany przez Ca 2+ proces sprzężenia depolaryzacji z egzocytozą neuroprzekaźników chemicznych nagromadzonych w pęcherzykach synaptycznych, zachodzi w części presynaptycznej zakończenia nerwowego. W wyniku depolaryzacji dochodzi do aktywacji VOCC typu N i P/Q i do lokalnego wzrostu wewnątrzkomórkowego stężenia Ca 2+ do poziomu ocenianego na μm [65]. Jednak natura i regulacja presynaptycznych sygnałów wapniowych odpowiedzialnych za uwalnianie neuroprzekaźników jest procesem bardziej złożonym, w którym poza wspomnianymi kanałami wapniowymi uczestniczą inne liczne elementy regulacji homeostazy Ca 2+. Jest to mechanizm przyczyniający się do pewnej autonomii zakończeń synaptycznych [66]. W regulacji aktywności kanałów wapniowych oraz w dalszych etapach uwolnienia neuroprzekaźników z pęcherzyków synaptycznych do przestrzeni synaptycznej uczestniczy szereg białek wiążących wapń, pełniących rolę sensorów wapnia, zawierających motyw EF-hand, jak CaM, kalcyklina i NCS-1 lub też, jak wspomniana wyżej synaptotagmina, domenę C2 wiążącą Ca 2+ i fosfolipidy, pierwotnie odkrytą w strukturze kinazy białkowej C [47]. W części postsynaptycznej zakończenia nerwowego, w wyniku pobudzenia receptorów i depolaryzacji, jony Ca 2+ wnikają do komórki przez bramkowane ligandem kanały wapniowe ROC, przez zależne od potencjału kanały Postępy Biochemii 58 (4)

8 wapniowe VOCC, a także są mobilizowane z ER za pośrednictwem receptorów metabotropowych sprzężonych przez białka G z fosfolipazą C i IP 3 R oraz za pośrednictwem RyR w procesie CICR. W efekcie aktywowane są zależne od wapnia szlaki przekazywania sygnału. Jedne z nich prowadzą poprzez potranslacyjną modyfikację (zwłaszcza fosforylację i nitrozylację) białek do wspomnianych powyżej krótkotrwałych (mierzonych w minutach) zmian aktywności neuronów. Istotnym aspektem wapniowej regulacji transmisji synaptycznej jest zależna od Ca 2+ synteza wstecznych neuroprzekaźników w synapsach. Wniknięcie Ca 2+ do części postsynaptycznej aktywuje bowiem zależną od Ca 2+ i CaM neuronalną syntazę tlenku azotu (nnos), co prowadzi do uwolnienia NO [49]. Z kolei efektem aktywacji przez wapń fosfolipazy A 2 jest uwolnienie kwasu arachidonowego oraz jego metabolitów, eikozanoidów, a aktywacja fosfolipazy Cβ w wyniku dalszych przemian doprowadza do syntezy endokannabinoidów [67]. Od dawna sugerowano, że NO, CO i eikozanoidy mogą pełnić rolę wstecznych neuroprzekaźników transsynaptycznych i dyfundując do części presynaptycznej zakończenia synaptycznego regulują uwalnianie glutaminianu, a przez to siłę neurotransmisji pobudzającej [68,69]. Jednak ostatnio uwaga badaczy skupia się głównie na endokannabinoidach [67]. Inną zależną od Ca 2+ specyficzną funkcją komórek nerwowych jest ruch w różnych formach. Takie fundamentalne procesy, jak migracja prekursorów komórek nerwowych, wzrost aksonów, a w mniejszej skali zmiany morfologiczne w aksonach i dendrytach związane z różnicowaniem, uczeniem się i pamięcią oraz regeneracją, są regulowane przez zmiany stężenia Ca 2+ na zewnątrz i wewnątrz komórek i modulację aktywności zależnych od Ca 2+ kinaz białkowych [70]. UDZIAŁ SYGNAŁU WAPNIOWEGO W LTP I FORMOWANIU PAMIĘCI Jedną z najważniejszych funkcji jonów Ca 2+ w komórkach nerwowych jest udział w mechanizmach związanych z uczeniem się i zapamiętywaniem. Większość badaczy jest zgodna, że głównym elementem zapoczątkowującym procesy tworzenia się pamięci jest pobudzenie neurotransmisji glutaminianergicznej, aktywacja NMDAR i napływ Ca 2+ do komórek nerwowych. Uczenie się i zapamiętywanie, procesy o podstawowym życiowym znaczeniu, są od wielu lat obiektem intensywnych badań, jednak ich dokładny mechanizm oraz biochemiczne podstawy nie zostały jeszcze w wystarczający sposób poznane. Wiadomo, że doświadczenia nabywane w czasie nauki wywołują krótkotrwałe zmiany w przekaźnictwie synaptycznym w specyficznych rejonach mózgu, a impulsy te zapoczątkowują kaskadę wewnątrzkomórkowych przemian, które prowadzą do trwałych zmian w połączeniach synaptycznych, co wiązane jest z konsolidacją pamięci. W związku z czasowym rozciągnięciem procesów formowania pamięci, od lat funkcjonują pojęcia pamięci krótkotrwałej (STM, ang. short term memory) oraz pamięci długotrwałej (LTM, ang. long term memory). Uważa się, że pamięć krótkotrwała tworzona jest w ciągu krótkiego czasu od nabycia informacji lub treningu i bazuje na przejściowych modyfikacjach wcześniej istniejących białek, głównie na fosforylacji i defosforylacji enzymów, receptorów lub kanałów jonowych, mogących momentalnie zmieniać wydajność przekaźnictwa synaptycznego [71]. Za rejon mózgu odpowiedzialny za ten typ pamięci u ssaków uważa się hipokamp oraz jego różne odpowiedniki w mózgach innych zwierząt. Pamięć ta może funkcjonować od minut do godzin. Natomiast zależna od syntezy nowych białek pamięć długotrwała jest związana ze zmianami strukturalnymi istniejących już oraz z generacją nowych połączeń synaptycznych [72]. Przechowywana jest ona przez godziny, dni, tygodnie i lata od zarejestrowania informacji. Informacje zapisywane są w różnych rejonach mózgu, głównie w korze, ale dokładny mechanizm tego zapisu oraz miejsca przechowywania informacji nadal nie są w pełni poznane i pozostają przedmiotem badań. W latach 70-tych ubiegłego wieku opisano zjawisko długotrwałego wzmocnienia połączeń synaptycznych w odpowiedzi na krótką stymulację elektryczną, które nazwano LTP, a w niedługi czas potem opisano zjawisko długotrwałego osłabienia synaptycznego, LTD [73,74]. Do indukcji LTP niezbędne jest zadziałanie impulsów elektrycznych o wysokiej częstotliwości, natomiast przy wywołaniu LTD działają impulsy o niskiej częstotliwości, ale czas ich trwania jest dłuższy [75]. Uważa się, że zarówno LTP jak i LTD odzwierciedlają komórkowe i molekularne mechanizmy leżące u podstaw plastyczności synaps zaangażowanej w procesie uczenia się i zapamiętywania i do dziś opisano wiele różnych form tych zjawisk [76]. Najlepiej poznanymi formami LTP i LTD są te, które obserwuje się w rejonie CA1 hipokampa i które zapoczątkowane są aktywacją NMDAR. Indukcję LTP zapoczątkowuje uwalnianie glutaminianu, aktywacja NMDAR i napływ Ca 2+ do neuronów. Podwyższony poziom wewnątrzkomórkowego Ca 2+ razem z kalmoduliną aktywują CaMKII, która może fosforylować podjednostki AMPAR, aktywując je w ten sposób i przyczyniając się do dalszego napływu Ca 2+. Dochodzi do niego albo bezpośrednio przez przepuszczalne dla Ca 2+ receptory pozbawione podjednostki GluR2, lub pośrednio na skutek depolaryzacji błon i aktywacji VOCC [77]. Utrzymanie LTP wymaga przekazania komórkowego sygnału do jądra i uruchomienia syntezy białek. Wykazano, że w czasie LTP ma miejsce zarówno aktywacja szlaku Ras/MAPK/ERK1/2 jak i CaMKIV. Jak wiadomo, aktywacja tych szlaków prowadzi do fosforylacji CREB i aktywacji ekspresji genów. Wzmożoną fosforylację CREB obserwowano od 3 min do 60 min po inicjacji LTP [73]. Dla zainicjowania LTP ważny jest nie tylko napływ Ca 2+ kanałami związanymi z NMDAR. Wykazano, że określone formy LTP obserwowane w wielu rejonach mózgu wymagają również aktywacji mglur. Główną rolę odgrywają tutaj mglur grupy I mglur1 i mglur5 [78]. LTP zależne od mglur w większości przypadków również wymaga wzrostu wewnątrzkomórkowego stężenia Ca 2+, a źródła tego wzrostu mogą różnić się w zależności od formy LTP. Może on wynikać z napływu Ca 2+ przez aktywowane receptory NMDA, AMPA, VSCCs typu L lub kanały TRP (ang. transient receptor potential) oraz uwalniania Ca 2+ z wewnątrzkomórkowych magazynów aktywowanych przez IP 3 [78,79]

9 Według obecnej wiedzy, uruchomienie w neuronach LTD związane jest z pamięcią przestrzenną, zapamiętywaniem informacji o nowych obiektach oraz o zmianach ich rozmieszczenia, a także odpowiedzią na stres [74]. Spośród wielu form LTD najważniejszymi wydają się być LTD zależne od NMDAR oraz od mglur. Podobnie jak w przypadku LTP zależnego od aktywacji NMDAR, zainicjowanie LTD wiąże się z napływem Ca 2+ do neuronów postsynaptycznych. O tym czy po napływie Ca 2+ przez kanały związane z NMDAR zainicjowane zostanie LTP czy LTD decyduje wielkość przepływu tego jonu. LTD wymaga niewielkiego wzrostu stężenia Ca 2+, podczas gdy do inicjacji LTP konieczny jest znaczny wzrost, przekraczający określoną krytyczną wartość [75]. Czas utrzymywania się podwyższonego stężenia Ca 2+ również jest czynnikiem decydującym, gdyż niewielkie zmiany w długości trwania pobudzenia mogą spowodować odwrócenie modyfikacji synaptycznej [80]. Sposób w jaki buforowany jest wapń w przedziale postsynaptycznym też może stać się punktem wytyczającym dalszy bieg procesów wewnątrzkomórkowych w kierunku LTD lub LTP [76]. W odróżnieniu od LTP, LTD zależne od NMDAR nie uruchamia aktywacji CaMKII, za to wzrost stężenia Ca 2+ aktywuje kaskadę fosfatazy białkowej, w skład której wchodzi kalcyneuryna, zależna od kompleksu wapń/cam fosfataza serynowo-treoninowa, fosfataza białkowa 1 (PP1) i inhibitor-1, ufosforylowane białko odpowiedzialne za aktywność PP1. Defosforylacja w czasie LTD specyficznych białek jak również defosforylacja podjednostki GluR1 AMPAR w miejscu reszty Ser831, może prowadzić do endocytozy i internalizacji tych receptorów, co dodatkowo podtrzymuje LTD [76]. Jony Ca 2+ są również ważnym elementem LTD zależnego od aktywacji mglur. Najlepiej zbadany jest proces LTD zależnego od mglur w móżdżku, rejonie, gdzie nie zaobserwowano występowania LTP, ale jego występowanie wykazano również w hipokampie, prążkowiu, korze i rdzeniu kręgowym [81]. W móżdżku do aktywacji LTD niezbędna jest równoczesna stymulacja znajdującej się na dendrycie synapsy łączącej komórkę Purkiniego z włóknem pnącym, będącym aksonem neuronu doprowadzającego sygnał do móżdżku oraz synapsy łączącej ją z włóknem równoległym sąsiadującej komórki. Wywołana sygnałem z włókna pnącego depolaryzacja części dendrytycznej powoduje otwarcie VOCC i napływ Ca 2+ do wnętrza neuronu. Z kolei glutaminian uwolniony z zakończenia we włóknie równoległym pobudza mglur grupy I, uruchamiając wewnątrzkomórkową kaskadę prowadzącą do mobilizacji Ca 2+ z otwieranych przez receptory IP 3 magazynów wewnątrzkomórkowych. W móżdżku dominującą rolę w tym procesie odgrywają receptory mglur1. Podwyższenie poziomu Ca 2+ oraz diacylglicerol (DC) powstający obok IP 3 po pobudzeniu mglur1, aktywują kinazę białkową C (PKC), która z kolei fosforyluje resztę Ser880 podjednostki GluR2 AMPAR, co powoduje odłączenie receptora od błony komórkowej, jego endocytozę i internalizację [81]. Hipokampalna forma LTD aktywowanego przez mglur grupy I wydaje się przebiegać niezależnie od wzrostu wewnątrzkomórkowego stężenia Ca 2+ i uruchamiania uwalniania Ca 2+ z magazynów komórkowych oraz aktywacji kinaz białkowych, chociaż wymaga udziału białka G związanego z receptorami mglur1 i mglur5. Jednak dokładny mechanizm hipokampalnej formy LTD uruchamianego przez aktywację mglur grupy I jest wciąż przedmiotem intensywnych badań [81]. OSTRE ZABURZENIA HOMEOSTAZY WAPNIA PROWADZĄCE DO USZKODZENIA I ŚMIERCI NEURONÓW: ROLA W ISCHEMII MÓZGU Utrzymanie wewnątrzkomórkowego stężenia jonów Ca 2+ na niskim poziomie jest warunkiem prawidłowego przekazu sygnału wapniowego. Jest to proces wymagający dużych nakładów energii. Neurony, z powodu masowych przepływów jonów Ca 2+ związanych z aktywnością elektryczną, są szczególnie podatne na zaburzenia metabolizmu energetycznego prowadzące do nieprawidłowości homeostazy tych jonów. Przyczyną ostrych zaburzeń homeostazy Ca 2+ może być także nadmierne pobudzenie neuronów, jak to ma miejsce przy uszkodzeniu ekscytotoksycznym, w którym pośredniczą receptory dla pobudzających aminokwasów [82,83]. W tych warunkach dochodzi do intensywnego napływu jonów Ca 2+ do neuronów przez receptory jonotropowe, zwłaszcza NMDAR, przez VOCC, a także w wyniku odwrócenia kierunku transportu Ca 2+ przez wymiennik NCX [83]. Skutki nieprawidłowości homeostazy Ca 2+ i w konsekwencji niewłaściwego przekazu sygnału wapniowego, mogą się ograniczać do krótkotrwałych lub utrwalonych (np. w formie ognisk padaczkorodnych) zaburzeń czynnościowych komórek nerwowych, lub mogą się przejawić w postaci nekrotycznej lub apoptotycznej śmierci neuronów. W ostro przebiegającym niedokrwieniu mózgu pierwotnym czynnikiem zakłócającym homeostazę Ca 2+ jest deficyt energetyczny, mogący doprowadzić do wyłączenia pomp (ATPaz) sodowych i wapniowych oraz odwrócenia trybu pracy transporterów błonowych, przemieszczenia glutaminianu do przestrzeni synaptycznej, pobudzenia NMDAR i niekontrolowanego napływu jonów Ca 2+ do neuronów zgodnie z mechanizmami ekscytotoksyczności (Ryc. 1B). Wg obecnych poglądów zaburzenia homeostazy wapnia i toksyczność pobudzeniowa, to nierozdzielnie ze sobą wiązane elementy ogólnej patogenezy uszkodzenia neuronów w ostrych stanach patologicznych mózgu [83-85], obejmującej ponadto stres oksydacyjny, dysfunkcję mitochondriów i ER oraz inne procesy związne z nekrotyczną lub apoptotyczną śmiercią komórek. Aspekt historyczny, a także szczegóły klasycznej hipotezy o roli wapnia w ischemii mózgu na tle innych mechanizmów patogennych, zostały obszernie omówione poprzednio [85]. W wyniku niedokrwienia mózgu i rozwijających się zaburzeń energetycznych oraz nadmiernego pobudzenia receptorów dla glutaminianu, w neuronach obserwuje się zróżnicowany obraz zmian w homeostazie wapnia (Ryc. 1B). Ta różnorodność jest odbiciem istnienia różnych form niedokrwienia mózgu (ogniskowego i globalnego, z odwracalnym lub nieodwracalnym upośledzeniem krążenia krwi) i różnorodnych dodatkowych uwarunkowań patofizjologicznych jak kwasica, hiperglikemia, przewlekła hipoksja. Udokumentowany w Postępy Biochemii 58 (4)

10 licznych publikacjach [85] wzrost wewnątrzkomórkowego stężenia Ca 2+ dotyczy zarówno okresu niedokrwienia, jak i po niedokrwieniu (ten ostatni jest określany jako wtórny wzrost stężenia wapnia). Wynika on zarówno z napływu jonów wapnia z przestrzeni zewnątrzkomórkowej przez ROC (zwłaszcza NMDAR), przez VOCC i na skutek odwrócenia trybu pracy wymiennika NCX, jak i mobilizacji kationu z zasobów wewnątrzkomórkowych (Ryc. 1B). Wykazano jednak, że neurotoksyczność jest skorelowana nie tyle z poziomem wzrostu stężenia jonów wapnia w neuronach, co raczej z całkowitym obciążeniem komórek napływającymi jonami wapnia, przy czym istotne znaczenie patogenne ma napływ Ca 2+ za pośrednictwem NMDAR, podczas gdy aktywacja VOCC mało uszkadza neurony [83]. Istnieją jednak dane toksykologiczne, wskazujące na patogenną rolę nadmiernej mobilizacji Ca 2+ z ER. Wykazano silne toksyczne działanie na neurony wywołanego przez tapsygarginę niekontrolowanego wyrzutu Ca 2+ z ER [86] oraz rolę tego mechanizmu w działaniu neurotoksyn środowiskowych, takich jak polichlorowane bisfenole [87]. Kluczowe znaczenie w tych zjawiskach może odgrywać stres ER (Ryc. 3 i 4). Udział opróżnienia zasobów Ca 2+ w ER i związanych z nim mechanizmów molekularnych w uszkodzeniu neuronów mózgu był już od dawna sugerowany [88]. Rycina 3. Wybrane mechanizmy uszkodzenia neuronów zależne od Ca 2+, rozwijające się w wyniku ostrych zaburzeń homeostazy Ca 2+. Niekontrolowany wzrost wewnątrzkomórkowego stężenia Ca 2+ zaburza przekazywanie sygnału w neuronach, prowadzi do aktywacji wrażliwych na wapń enzymów katabolicznych jak protezy, lipazy i endonukleazy, uszkadza strukturę błon i DNA, indukuje stres oksydacyjny, zaburza funkcję mitochondriów i ER. W efekcie dochodzi do uszkodzenia i śmierci neuronów. Szczegółowe wyjaśnienia w tekście. Rycina 4. Zaburzenia homeostazy Ca 2+ wywołane przez niedokrwienie mózgu indukują dysfunkcję mitochondriów i ER, co prowadzi do śmierci neuronów o charakterze kontinuum nekrotyczno-apoptotycznego. Pobudzenie NMDAR i mglur grupy I przez uwolniony z komórek glutaminian (Glu) prowadzi do pierwotnego wzrostu stężenia Ca 2+, co aktywuje neuronalną syntazę NO (nnos) i indukuje kaskady zaburzeń uszkadzających neurony, wymienione na Ryc. 3. Nagromadzenie Ca 2+ w mitochondriach aktywuje megakanały, co wywołuje uwolnienie z nich białek proapoptotycznych, cytochromu c i AIF oraz zwiększoną produkcją reaktywnych form tlenu (ROS). Zwiększona produkcja NO i ROS aktywuje kanały TRPM 2/7 i powoduje wtórny wzrost stężenia Ca 2+. Opróżnienie zasobów Ca 2+ w ER, w którym pośredniczą receptory IP 3 (IP 3 R) i rianodynowe (RyR) indukuje stres ER. O przewadze nekrozy lub apoptozy decyduje stan energetyczny neuronu. Zaburzenia homeostazy wapnia, prowadzące do wzrostu stężenia Ca 2+ w cytosolu, aktywują wrażliwe na Ca 2+ enzymy kataboliczne, proteazy i lipazy (Ryc. 3), co wywołuje uszkodzenie błon oraz zmiany w cytoszkielecie komórki, a aktywacja endonukleaz prowadzi do uszkodzenia DNA [83,84]. Stres oksydacyjny jest niezwykle ważnym elementem patogenezy wywołanego przez niedokrwienie uszkodzenia komórek nerwowych, w którym pośredniczy wapń [89]. Zaburzenia homeostazy wapnia i niekontrolowany wzrost stężenia Ca 2+ w komórkach aktywują produkcję reaktywnych form tlenu, co z kolei potęguje zaburzenia homeostazy wapnia [85]. Ponadto istnieją wspólne 412

ROLA WAPNIA W FIZJOLOGII KOMÓRKI

ROLA WAPNIA W FIZJOLOGII KOMÓRKI ROLA WAPNIA W FIZJOLOGII KOMÓRKI Michał M. Dyzma PLAN REFERATU Historia badań nad wapniem Domeny białek wiążące wapń Homeostaza wapniowa w komórce Komórkowe rezerwuary wapnia Białka buforujące Pompy wapniowe

Bardziej szczegółowo

Transport przez błony

Transport przez błony Transport przez błony Transport bierny Nie wymaga nakładu energii Transport aktywny Wymaga nakładu energii Dyfuzja prosta Dyfuzja ułatwiona Przenośniki Kanały jonowe Transport przez pory w błonie jądrowej

Bardziej szczegółowo

ZAJĘCIA 1. uczenie się i pamięć mechanizmy komórkowe. dr Marek Binder Zakład Psychofizjologii

ZAJĘCIA 1. uczenie się i pamięć mechanizmy komórkowe. dr Marek Binder Zakład Psychofizjologii ZAJĘCIA 1 uczenie się i pamięć mechanizmy komórkowe dr Marek Binder Zakład Psychofizjologii problem engramu dwa aspekty poziom systemowy które części mózgu odpowiadają za pamięć gdzie tworzy się engram?

Bardziej szczegółowo

Budowa i zróżnicowanie neuronów - elektrofizjologia neuronu

Budowa i zróżnicowanie neuronów - elektrofizjologia neuronu Budowa i zróżnicowanie neuronów - elektrofizjologia neuronu Neuron jest podstawową jednostką przetwarzania informacji w mózgu. Sygnał biegnie w nim w kierunku od dendrytów, poprzez akson, do synaps. Neuron

Bardziej szczegółowo

Błona komórkowa grubość od 50 do 100 A. Istnieje pewna różnica potencjałów, po obu stronach błony, czyli na błonie panuje pewne

Błona komórkowa grubość od 50 do 100 A. Istnieje pewna różnica potencjałów, po obu stronach błony, czyli na błonie panuje pewne Błona komórkowa grubość od 50 do 100 A Istnieje pewna różnica potencjałów, po obu stronach błony, czyli na błonie panuje pewne napięcie elektryczne, zwane napięciem na błonie. Różnica potencjałów to ok.

Bardziej szczegółowo

Droga impulsu nerwowego w organizmie człowieka

Droga impulsu nerwowego w organizmie człowieka Droga impulsu nerwowego w organizmie człowieka Impuls nerwowy Impuls nerwowy jest zjawiskiem elektrycznym zachodzącym na powierzchni komórki nerwowej i pełni podstawową rolę w przekazywaniu informacji

Bardziej szczegółowo

Nukleotydy w układach biologicznych

Nukleotydy w układach biologicznych Nukleotydy w układach biologicznych Schemat 1. Dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy Schemat 2. Dinukleotyd NADP + Dinukleotydy NAD +, NADP + i FAD uczestniczą w procesach biochemicznych, w trakcie których

Bardziej szczegółowo

Właściwości błony komórkowej

Właściwości błony komórkowej Właściwości błony komórkowej płynność asymetria selektywna przepuszczalność Transport przez błony Współczynnik przepuszczalności [cm/s] RóŜnice składu jonowego między wnętrzem komórki ssaka a otoczeniem

Bardziej szczegółowo

biologiczne mechanizmy zachowania seminarium + laboratorium M.Eng. Michal Adam Michalowski

biologiczne mechanizmy zachowania seminarium + laboratorium M.Eng. Michal Adam Michalowski biologiczne mechanizmy zachowania seminarium + laboratorium M.Eng. Michal Adam Michalowski michal.michalowski@uwr.edu.pl michaladamichalowski@gmail.com michal.michalowski@uwr.edu.pl https://mmichalowskiuwr.wordpress.com/

Bardziej szczegółowo

Biologiczne mechanizmy zachowania

Biologiczne mechanizmy zachowania Biologiczne mechanizmy zachowania Przekaźnictwo chemiczne w mózgu mgr Monika Mazurek IPs UJ Odkrycie synaps Ramon y Cajal (koniec XIX wieku) neurony nie łączą się między sobą, między nimi jest drobna szczelina.

Bardziej szczegółowo

Dywergencja/konwergencja połączeń między neuronami

Dywergencja/konwergencja połączeń między neuronami OD NEURONU DO SIECI: MODELOWANIE UKŁADU NERWOWEGO Własności sieci, plastyczność synaps Stefan KASICKI SWPS, SPIK wiosna 2007 s.kasicki@nencki.gov.pl Dywergencja/konwergencja połączeń między neuronami 1

Bardziej szczegółowo

Czynności komórek nerwowych. Adriana Schetz IF US

Czynności komórek nerwowych. Adriana Schetz IF US Czynności komórek nerwowych Adriana Schetz IF US Plan wykładu 1. Komunikacja mędzykomórkowa 2. Neurony i komórki glejowe jedność architektoniczna 3. Czynności komórek nerwowych Komunikacja międzykomórkowa

Bardziej szczegółowo

Sygnalizacja międzykomórkowa i wewnątrzkomórkowa

Sygnalizacja międzykomórkowa i wewnątrzkomórkowa Sygnalizacja międzykomórkowa i wewnątrzkomórkowa Prof. dr hab. n. med. Małgorzata Milkiewicz Zakład Biologii Medycznej Informator (przekaźnik) pierwotny czynnik fizyczny lub chemiczny będący nośnikiem

Bardziej szczegółowo

Właściwości błony komórkowej

Właściwości błony komórkowej Właściwości błony komórkowej płynność asymetria selektywna przepuszczalność Transport przez błony Cząsteczki < 150Da Błony - selektywnie przepuszczalne RóŜnice składu jonowego między wnętrzem komórki ssaka

Bardziej szczegółowo

Sygnalizacja międzykomórkowa i wewnątrzkomórkowa

Sygnalizacja międzykomórkowa i wewnątrzkomórkowa Sygnalizacja międzykomórkowa i wewnątrzkomórkowa Prof. dr hab. n. med. Małgorzata Milkiewicz Zakład Biologii Medycznej Informator (przekaźnik) pierwotny czynnik fizyczny lub chemiczny będący nośnikiem

Bardziej szczegółowo

Dr. habil. Anna Salek International Bio-Consulting 1 Germany

Dr. habil. Anna Salek International Bio-Consulting 1 Germany 1 2 3 Drożdże są najprostszymi Eukariontami 4 Eucaryota Procaryota 5 6 Informacja genetyczna dla każdej komórki drożdży jest identyczna A zatem każda komórka koduje w DNA wszystkie swoje substancje 7 Przy

Bardziej szczegółowo

TATA box. Enhancery. CGCG ekson intron ekson intron ekson CZĘŚĆ KODUJĄCA GENU TERMINATOR. Elementy regulatorowe

TATA box. Enhancery. CGCG ekson intron ekson intron ekson CZĘŚĆ KODUJĄCA GENU TERMINATOR. Elementy regulatorowe Promotory genu Promotor bliski leży w odległości do 40 pz od miejsca startu transkrypcji, zawiera kasetę TATA. Kaseta TATA to silnie konserwowana sekwencja TATAAAA, występująca w większości promotorów

Bardziej szczegółowo

biologiczne mechanizmy zachowania seminarium + laboratorium M.Eng. Michal Adam Michalowski

biologiczne mechanizmy zachowania seminarium + laboratorium M.Eng. Michal Adam Michalowski biologiczne mechanizmy zachowania seminarium + laboratorium M.Eng. Michal Adam Michalowski michal.michalowski@uwr.edu.pl michaladamichalowski@gmail.com michal.michalowski@uwr.edu.pl https://mmichalowskiuwr.wordpress.com/

Bardziej szczegółowo

Właściwości błony komórkowej

Właściwości błony komórkowej Właściwości błony komórkowej płynność asymetria selektywna przepuszczalność szybka dyfuzja: O 2, CO 2, N 2, benzen Dwuwarstwa lipidowa - przepuszczalność Współczynnik przepuszczalności [cm/s] 1 Transport

Bardziej szczegółowo

(przekaźniki II-go rzędu)

(przekaźniki II-go rzędu) (przekaźniki II-go rzędu) Gabriel Nowak, Małgorzata Dybała Receptory i mechanizmy przekazywania sygnału (J.Z. Nowak, J.B. Zawilska, red.) Wyd. Nauk. PWN, Warszawa, 2004 Zakład Cytobiologii i Histochemii,

Bardziej szczegółowo

THE UNFOLDED PROTEIN RESPONSE

THE UNFOLDED PROTEIN RESPONSE THE UNFOLDED PROTEIN RESPONSE Anna Czarnecka Źródło: Intercellular signaling from the endoplasmatic reticulum to the nucleus: the unfolded protein response in yeast and mammals Ch. Patil & P. Walter The

Bardziej szczegółowo

TRANSKRYPCJA - I etap ekspresji genów

TRANSKRYPCJA - I etap ekspresji genów Eksparesja genów TRANSKRYPCJA - I etap ekspresji genów Przepisywanie informacji genetycznej z makrocząsteczki DNA na mniejsze i bardziej funkcjonalne cząsteczki pre-mrna Polimeraza RNA ETAP I Inicjacja

Bardziej szczegółowo

Profil metaboliczny róŝnych organów ciała

Profil metaboliczny róŝnych organów ciała Profil metaboliczny róŝnych organów ciała Uwaga: tkanka tłuszczowa (adipose tissue) NIE wykorzystuje glicerolu do biosyntezy triacylogliceroli Endo-, para-, i autokrynna droga przekazu informacji biologicznej.

Bardziej szczegółowo

Przemiana materii i energii - Biologia.net.pl

Przemiana materii i energii - Biologia.net.pl Ogół przemian biochemicznych, które zachodzą w komórce składają się na jej metabolizm. Wyróżnia się dwa antagonistyczne procesy metabolizmu: anabolizm i katabolizm. Szlak metaboliczny w komórce, to szereg

Bardziej szczegółowo

Źródła energii dla mięśni. mgr. Joanna Misiorowska

Źródła energii dla mięśni. mgr. Joanna Misiorowska Źródła energii dla mięśni mgr. Joanna Misiorowska Skąd ta energia? Skurcz włókna mięśniowego wymaga nakładu energii w postaci ATP W zależności od czasu pracy mięśni, ATP może być uzyskiwany z różnych źródeł

Bardziej szczegółowo

MECHANIZMY RUCHÓW KOMÓRKOWYCH - DZIAŁANIE ANESTETYKÓW NA KOMÓRKI

MECHANIZMY RUCHÓW KOMÓRKOWYCH - DZIAŁANIE ANESTETYKÓW NA KOMÓRKI MECHANIZMY RUCHÓW KOMÓRKOWYCH - DZIAŁANIE ANESTETYKÓW NA KOMÓRKI Zakres materiału, który naleŝy przygotować do ćwiczeń: 1) Budowa błony komórkowej 2) Mechanizm działania anestetyków 3) Aktywność ruchowa

Bardziej szczegółowo

Tkanka nerwowa. Komórki: komórki nerwowe (neurony) sygnalizacja komórki neurogleju (glejowe) ochrona, wspomaganie

Tkanka nerwowa. Komórki: komórki nerwowe (neurony) sygnalizacja komórki neurogleju (glejowe) ochrona, wspomaganie Komórki: komórki nerwowe (neurony) sygnalizacja komórki neurogleju (glejowe) ochrona, wspomaganie Tkanka nerwowa Substancja międzykomórkowa: prawie nieobecna (blaszki podstawne) pobudliwość przewodnictwo

Bardziej szczegółowo

UKŁAD DOKREWNY cz. 2. Wysepki trzustkowe (Langerhansa): grupy komórek dokrewnych produkujących hormony białkowe

UKŁAD DOKREWNY cz. 2. Wysepki trzustkowe (Langerhansa): grupy komórek dokrewnych produkujących hormony białkowe Wysepki trzustkowe (Langerhansa): grupy komórek dokrewnych produkujących hormony białkowe UKŁAD DOKREWNY cz. 2 Elementy składowe: komórki dokrewne kapilary okienkowe włókna nerwowe Typy komórek dokrewnych

Bardziej szczegółowo

Z47 BADANIA WŁAŚCIWOŚCI ELEKTROFIZJOLOGICZNYCH BŁON KOMÓRKOWYCH

Z47 BADANIA WŁAŚCIWOŚCI ELEKTROFIZJOLOGICZNYCH BŁON KOMÓRKOWYCH Z47 BADANIA WŁAŚCIWOŚCI ELEKTROFIZJOLOGICZNYCH BŁON KOMÓRKOWYCH I. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z podstawową wiedzą na temat pomiarów elektrofizjologicznych żywych komórek metodą Patch

Bardziej szczegółowo

Krwiobieg duży. Krwiobieg mały

Krwiobieg duży. Krwiobieg mały Mięsień sercowy Budowa serca Krązenie krwi Krwiobieg duży Krew (bogata w tlen) wypływa z lewej komory serca przez zastawkę aortalną do głównej tętnicy ciała, aorty, rozgałęzia się na mniejsze tętnice,

Bardziej szczegółowo

Fizjologia nauka o czynności żywego organizmu

Fizjologia nauka o czynności żywego organizmu nauka o czynności żywego organizmu Stanowi zbiór praw, jakim podlega cały organizm oraz poszczególne jego układy, narządy, tkanki i komórki prawa rządzące żywym organizmem są wykrywane doświadczalnie określają

Bardziej szczegółowo

Część V: Przekazywanie sygnałów. DO WYKŁADÓW Z PODSTAW BIOFIZYKI IIIr. Biotechnologii prof. dr hab. inż. Jan Mazerski

Część V: Przekazywanie sygnałów. DO WYKŁADÓW Z PODSTAW BIOFIZYKI IIIr. Biotechnologii prof. dr hab. inż. Jan Mazerski MATERIAŁY PMCNICZE D WYKŁADÓW Z PDSTAW BIFIZYKI IIIr. Biotechnologii prof. dr hab. inż. Jan Mazerski PRZEKAZYWANIE SYGNAŁÓW Cechą charakterystyczną układów żywych jest zdolność do zachowywania wewnętrznej

Bardziej szczegółowo

Rok akad. 2015/2016 Semestr zimowy, czwartek,

Rok akad. 2015/2016 Semestr zimowy, czwartek, PROWADZĄCY: Prof. Nadzieja Drela - koordynator Dr Magdalena Markowska - koordynator Dr Paweł Majewski Prof. Krystyna Skwarło-Sońta Rok akad. 2015/2016 Semestr zimowy, czwartek, 8.30-10 Receptory wolne

Bardziej szczegółowo

1. Neuroplastyczność a uczenie się i pamięć

1. Neuroplastyczność a uczenie się i pamięć Wstęp Sen jest nieodzownym elementem naszego życia. Wielopoziomowe badania dostarczają zbieżnych wyników wskazujących na jego istotną rolę w procesach uczenia się oraz pamięci, co w dzisiejszych czasach

Bardziej szczegółowo

Patrycja Pabiś. Aktywność farmakologiczna ligandów receptora histaminowego H3 w testach in vivo na zwierzętach

Patrycja Pabiś. Aktywność farmakologiczna ligandów receptora histaminowego H3 w testach in vivo na zwierzętach UNIWERSYTET JAGIELLOŃSKI COLLEGIUM MEDICUM WYDZIAŁ FARMACEUTYCZNY Patrycja Pabiś Aktywność farmakologiczna ligandów receptora histaminowego H3 w testach in vivo na zwierzętach Praca magisterska wykonana

Bardziej szczegółowo

SEMINARIUM 8:

SEMINARIUM 8: SEMINARIUM 8: 24.11. 2016 Mikroelementy i pierwiastki śladowe, definicje, udział w metabolizmie ustroju reakcje biochemiczne zależne od aktywacji/inhibicji przy udziale mikroelementów i pierwiastków śladowych,

Bardziej szczegółowo

GUIDELINES FOR THE MANAGEMENT OF THE SEVERE HEAD INJURY

GUIDELINES FOR THE MANAGEMENT OF THE SEVERE HEAD INJURY GUIDELINES FOR THE MANAGEMENT OF THE SEVERE HEAD INJURY PROBLEMATYCZNY SUKCES NAGRODA NOBLA 1906 Santiago Ramony Cajal, Camilo Golgi jak rozwój został zakończony, źródła wzrostu i regeneracji aksonów oraz

Bardziej szczegółowo

Elektrofizjologia neuronu

Elektrofizjologia neuronu Spis treści Co to jest neuron? 2008-11-13 Spis treści Co to jest neuron? Wstęp Rola jonów w działaniu neronu Potencjał membranowy Stan równowagi Bramki jonowe Dynamika bramek jonowych Model Hodgkina-Huxley

Bardziej szczegółowo

października 2013: Elementarz biologii molekularnej. Wykład nr 2 BIOINFORMATYKA rok II

października 2013: Elementarz biologii molekularnej. Wykład nr 2 BIOINFORMATYKA rok II 10 października 2013: Elementarz biologii molekularnej www.bioalgorithms.info Wykład nr 2 BIOINFORMATYKA rok II Komórka: strukturalna i funkcjonalne jednostka organizmu żywego Jądro komórkowe: chroniona

Bardziej szczegółowo

Spis treści. Właściwości fizyczne. Wodorki berylowców. Berylowce

Spis treści. Właściwości fizyczne. Wodorki berylowców. Berylowce Berylowce Spis treści 1 Właściwości fizyczne 2 Wodorki berylowców 3 Tlenki berylowców 4 Nadtlenki 5 Wodorotlenki 6 Iloczyn rozpuszczalności 7 Chlorki, fluorki, węglany 8 Siarczany 9 Twardość wody 10 Analiza

Bardziej szczegółowo

UKŁAD DOKREWNY cz. 2. beta. delta. alfa

UKŁAD DOKREWNY cz. 2. beta. delta. alfa Wysepki trzustkowe (Langerhansa): grupy komórek dokrewnych produkujących hormony białkowe, zlokalizowane na terenie zrazików, otoczone przez struktury części zewnątrzwydzielniczej UKŁAD DOKREWNY cz. 2

Bardziej szczegółowo

DZIAŁ I. Zalecane źródła informacji Fizjologia człowieka. Podręcznik dla studentów medycyny. Red. Stanisław J. Konturek, Elservier Urban&Partner 2007

DZIAŁ I. Zalecane źródła informacji Fizjologia człowieka. Podręcznik dla studentów medycyny. Red. Stanisław J. Konturek, Elservier Urban&Partner 2007 DZIAŁ I. PODSTAWY REGULACJI I KONTROLI CZYNNOŚCI ORGANIZMU. TKANKI POBUDLIWE. Ćw. 1. Fizjologia jako nauka o homeostazie. (1-2 X 2012) 1. Wprowadzenie do przedmiotu. 2. Fizjologia i jej znaczenie w naukach

Bardziej szczegółowo

Fizjologia człowieka

Fizjologia człowieka Akademia Wychowania Fizycznego i Sportu w Gdańsku Katedra: Promocji Zdrowia Zakład: Biomedycznych Podstaw Zdrowia Fizjologia człowieka Osoby prowadzące przedmiot: Prof. nadzw. dr hab. Zbigniew Jastrzębski

Bardziej szczegółowo

Homeostaza wapnia w komórce zwierzęcej w zarysie

Homeostaza wapnia w komórce zwierzęcej w zarysie Homeostaza wapnia w komórce zwierzęcej w zarysie Streszczenie Jony wapnia są wszechstronnym i uniwersalnym przekaźnikiem sygnału uczestniczącym w regulacji niemal wszystkich procesów życiowych komórki.

Bardziej szczegółowo

(węglowodanów i tłuszczów) Podstawowym produktem (nośnikiem energii) - ATP

(węglowodanów i tłuszczów) Podstawowym produktem (nośnikiem energii) - ATP śycie - wymaga nakładu energii źródłem - promienie świetlne - wykorzystywane do fotosyntezy - magazynowanie energii w wiązaniach chemicznych Wszystkie organizmy (a zwierzęce wyłącznie) pozyskują energię

Bardziej szczegółowo

Mięśnie. dr Magdalena Markowska

Mięśnie. dr Magdalena Markowska Mięśnie dr Magdalena Markowska Zjawisko ruchu 1) Jako możliwość przemieszczania przestrzennego mięśnie poprzecznie prążkowane 2) Pompa serce 3) Jako podstawa do utrzymywania czynności życiowych mięśnie

Bardziej szczegółowo

Kosm os. PROBLEMY NAUK *BIÓI^G 1EZNY e n. Tom 46, 1997 Numer 4 (237) Strony

Kosm os. PROBLEMY NAUK *BIÓI^G 1EZNY e n. Tom 46, 1997 Numer 4 (237) Strony Kosm os PROBLEMY NAUK *BIÓI^G 1EZNY e n Tom 46, 1997 Numer 4 (237) Strony 603-608 Polskie T ow arzystw o Przyrod n ik ów im. K op ern ik a J a c e k K u ź n ic k i, A n n a F il ip e k Zakład Neurobiologii

Bardziej szczegółowo

Joanna Bereta, Aleksander Ko j Zarys biochemii. Seria Wydawnicza Wydziału Bio chemii, Biofizyki i Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego

Joanna Bereta, Aleksander Ko j Zarys biochemii. Seria Wydawnicza Wydziału Bio chemii, Biofizyki i Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego Joanna Bereta, Aleksander Ko j Zarys biochemii Seria Wydawnicza Wydziału Bio chemii, Biofizyki i Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego Copyright by Wydział Bio chemii, Biofizyki i Biotechnologii

Bardziej szczegółowo

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki Genetyka ogólna wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki Uniwersytet Warszawski Wydział Biologii andw@ibb.waw.pl http://arete.ibb.waw.pl/private/genetyka/ 1. Gen to odcinek DNA odpowiedzialny

Bardziej szczegółowo

Rozmnażanie i wzrost komórek sąściśle kontrolowane. Genetyczne podłoże nowotworzenia

Rozmnażanie i wzrost komórek sąściśle kontrolowane. Genetyczne podłoże nowotworzenia Rozmnażanie i wzrost komórek sąściśle kontrolowane Genetyczne podłoże nowotworzenia Rozmnażanie i wzrost komórek sąściśle kontrolowane Rozmnażanie i wzrost komórek sąściśle kontrolowane Połączenia komórek

Bardziej szczegółowo

Receptory nukleotydowe budowa i funkcje, historia i perspektywy

Receptory nukleotydowe budowa i funkcje, historia i perspektywy Receptory nukleotydowe budowa i funkcje historia i perspektywy Jolanta Barańska * Instytut Biologii Doświadczalnej im. Marcelego Nenckiego PAN Warszawa * Instytut Biologii Doświadczalnej im. Marcelego

Bardziej szczegółowo

Geny, a funkcjonowanie organizmu

Geny, a funkcjonowanie organizmu Geny, a funkcjonowanie organizmu Wprowadzenie do genów letalnych Geny kodują Białka Kwasy rybonukleinowe 1 Geny Występują zwykle w 2 kopiach Kopia pochodząca od matki Kopia pochodząca od ojca Ekspresji

Bardziej szczegółowo

SCENARIUSZ LEKCJI BIOLOGII Z WYKORZYSTANIEM FILMU HALO, NEURON. ZGŁOŚ SIĘ.

SCENARIUSZ LEKCJI BIOLOGII Z WYKORZYSTANIEM FILMU HALO, NEURON. ZGŁOŚ SIĘ. SCENARIUSZ LEKCJI BIOLOGII Z WYKORZYSTANIEM FILMU HALO, NEURON. ZGŁOŚ SIĘ. SPIS TREŚCI: I. Wprowadzenie. II. Części lekcji. 1. Część wstępna. 2. Część realizacji. 3. Część podsumowująca. III. Karty pracy.

Bardziej szczegółowo

Dr inż. Marta Kamińska

Dr inż. Marta Kamińska Nowe techniki i technologie dla medycyny Dr inż. Marta Kamińska Układ nerwowy Układ nerwowy zapewnia łączność organizmu ze światem zewnętrznym, zezpala układy w jedną całość, zprawując jednocześnie nad

Bardziej szczegółowo

CORAZ BLIŻEJ ISTOTY ŻYCIA WERSJA A. imię i nazwisko :. klasa :.. ilość punktów :.

CORAZ BLIŻEJ ISTOTY ŻYCIA WERSJA A. imię i nazwisko :. klasa :.. ilość punktów :. CORAZ BLIŻEJ ISTOTY ŻYCIA WERSJA A imię i nazwisko :. klasa :.. ilość punktów :. Zadanie 1 Przeanalizuj schemat i wykonaj polecenia. a. Wymień cztery struktury występujące zarówno w komórce roślinnej,

Bardziej szczegółowo

Fizjologiczne podstawy badań elektrofizjologicznych obwodowego układu nerwowego

Fizjologiczne podstawy badań elektrofizjologicznych obwodowego układu nerwowego neuroelektrofizjologia Fizjologiczne podstawy badań elektrofizjologicznych obwodowego układu nerwowego Rafał Rola I Klinika Neurologiczna, Instytut Psychiatrii i Neurologii, Warszawa Adres do korespondencji:

Bardziej szczegółowo

Bliskie spotkania z biologią METABOLIZM. dr hab. Joanna Moraczewska, prof. UKW. Instytut Biologii Eksperymetalnej, Zakład Biochemii i Biologii Komórki

Bliskie spotkania z biologią METABOLIZM. dr hab. Joanna Moraczewska, prof. UKW. Instytut Biologii Eksperymetalnej, Zakład Biochemii i Biologii Komórki Bliskie spotkania z biologią METABOLIZM dr hab. Joanna Moraczewska, prof. UKW Instytut Biologii Eksperymetalnej, Zakład Biochemii i Biologii Komórki Metabolizm całokształt przemian biochemicznych i towarzyszących

Bardziej szczegółowo

Fizjologia człowieka

Fizjologia człowieka Akademia Wychowania Fizycznego i Sportu w Gdańsku Katedra: Promocji Zdrowia Zakład: Biomedycznych Podstaw Zdrowia Fizjologia człowieka Osoby prowadzące przedmiot: Prof. nadzw. dr hab. Zbigniew Jastrzębski

Bardziej szczegółowo

Wysiłek krótkotrwały o wysokiej intensywności Wyczerpanie substratów energetycznych:

Wysiłek krótkotrwały o wysokiej intensywności Wyczerpanie substratów energetycznych: Zmęczenie Zmęczenie jako jednorodne zjawisko biologiczne o jednym podłożu i jednym mechanizmie rozwoju nie istnieje. Zmęczeniem nie jest! Zmęczenie po dniu ciężkiej pracy Zmęczenie wielogodzinną rozmową

Bardziej szczegółowo

Wykład 14 Biosynteza białek

Wykład 14 Biosynteza białek BIOCHEMIA Kierunek: Technologia Żywności i Żywienie Człowieka semestr III Wykład 14 Biosynteza białek WYDZIAŁ NAUK O ŻYWNOŚCI I RYBACTWA CENTRUM BIOIMMOBILIZACJI I INNOWACYJNYCH MATERIAŁÓW OPAKOWANIOWYCH

Bardziej szczegółowo

Neurologia dla studentów wydziału pielęgniarstwa. Bożena Adamkiewicz Andrzej Głąbiński Andrzej Klimek

Neurologia dla studentów wydziału pielęgniarstwa. Bożena Adamkiewicz Andrzej Głąbiński Andrzej Klimek Neurologia dla studentów wydziału pielęgniarstwa Bożena Adamkiewicz Andrzej Głąbiński Andrzej Klimek Spis treści Wstęp... 7 Część I. Wiadomości ogólne... 9 1. Podstawy struktury i funkcji układu nerwowego...

Bardziej szczegółowo

biologiczne mechanizmy zachowania seminarium + laboratorium M.Eng. Michal Adam Michalowski

biologiczne mechanizmy zachowania seminarium + laboratorium M.Eng. Michal Adam Michalowski biologiczne mechanizmy zachowania seminarium + laboratorium M.Eng. Michal Adam Michalowski michal.michalowski@uwr.edu.pl michaladamichalowski@gmail.com michal.michalowski@uwr.edu.pl https://mmichalowskiuwr.wordpress.com/

Bardziej szczegółowo

Budowa i funkcje komórek nerwowych

Budowa i funkcje komórek nerwowych Budowa i funkcje komórek nerwowych Fizjologia Komórki nerwowe neurony w organizmie człowieka około 30 mld w większości skupione w ośrodkowym układzie nerwowym podstawowa funkcja przekazywanie informacji

Bardziej szczegółowo

Antyoksydanty pokarmowe a korzyści zdrowotne. dr hab. Agata Wawrzyniak, prof. SGGW Katedra Żywienia Człowieka SGGW

Antyoksydanty pokarmowe a korzyści zdrowotne. dr hab. Agata Wawrzyniak, prof. SGGW Katedra Żywienia Człowieka SGGW Antyoksydanty pokarmowe a korzyści zdrowotne dr hab. Agata Wawrzyniak, prof. SGGW Katedra Żywienia Człowieka SGGW Warszawa, dn. 14.12.2016 wolne rodniki uszkodzone cząsteczki chemiczne w postaci wysoce

Bardziej szczegółowo

Instytut Sportu. Biochemiczne wskaźniki przetrenowania. Zakład Biochemii. mgr Konrad Witek

Instytut Sportu. Biochemiczne wskaźniki przetrenowania. Zakład Biochemii. mgr Konrad Witek Instytut Sportu Zakład Biochemii Biochemiczne wskaźniki przetrenowania Przetrenowanie (overtraining)- długotrwałe pogorszenie się dyspozycji sportowej zawodnika, na skutek kumulowania się skutków stosowania

Bardziej szczegółowo

Fizjologia człowieka

Fizjologia człowieka Fizjologia człowieka Wykład 2, część A CZYNNIKI WZROSTU CYTOKINY 2 1 Przykłady czynników wzrostu pobudzających proliferację: PDGF - cz.wzrostu z płytek krwi działa na proliferację i migrację fibroblastów,

Bardziej szczegółowo

The Role of Maf1 Protein in trna Processing and Stabilization / Rola białka Maf1 w dojrzewaniu i kontroli stabilności trna

The Role of Maf1 Protein in trna Processing and Stabilization / Rola białka Maf1 w dojrzewaniu i kontroli stabilności trna Streszczenie rozprawy doktorskiej pt. The Role of Maf1 Protein in trna Processing and Stabilization / Rola białka Maf1 w dojrzewaniu i kontroli stabilności trna mgr Tomasz Turowski, promotor prof. dr hab.

Bardziej szczegółowo

Proteomika: umożliwia badanie zestawu wszystkich lub prawie wszystkich białek komórkowych

Proteomika: umożliwia badanie zestawu wszystkich lub prawie wszystkich białek komórkowych Proteomika: umożliwia badanie zestawu wszystkich lub prawie wszystkich białek komórkowych Zalety w porównaniu z analizą trankryptomu: analiza transkryptomu komórki identyfikacja mrna nie musi jeszcze oznaczać

Bardziej szczegółowo

Biologiczne mechanizmy zachowania - fizjologia. zajecia 1 :

Biologiczne mechanizmy zachowania - fizjologia. zajecia 1 : Biologiczne mechanizmy zachowania - fizjologia zajecia 1 : 8.10.15 Kontakt: michaladammichalowski@gmail.com https://mmichalowskiuwr.wordpress.com/ II gr 08:00 10:0 III gr 10:15 11:45 IV gr 12:00 13:30

Bardziej szczegółowo

Transmisja informacji (powtórzenie)

Transmisja informacji (powtórzenie) Transmisja informacji (powtórzenie) Gabriel Nowak Definicje Ŝycia śycie jako ciągły przepływ informacji Zakład Cytobiologii i Histochemii, Collegium Medicum Uniwersytet Jagielloński Przepływ informacji

Bardziej szczegółowo

Co to są wzorce rytmów?

Co to są wzorce rytmów? Sieci neuropodobne XII, Centralne generatory wzorców 1 Co to są wzorce rytmów? Centralne generatory rytmów są układami neuronowymi powodujących cykliczną aktywację odpowiednich mięśni, mogą działać w pewnym

Bardziej szczegółowo

Liczba godzin Punkty ECTS Sposób zaliczenia

Liczba godzin Punkty ECTS Sposób zaliczenia Wydział: Psychologia Nazwa kierunku kształcenia: Psychologia Rodzaj przedmiotu: podstawowy Opiekun: prof. dr hab. Jan Matysiak Poziom studiów (I lub II stopnia): Jednolite magisterskie Tryb studiów: Stacjonarne

Bardziej szczegółowo

Na początek przyjrzymy się więc, jak komórka rośliny produkuje ATP, korzystając z energii światła w fazie jasnej fotosyntezy.

Na początek przyjrzymy się więc, jak komórka rośliny produkuje ATP, korzystając z energii światła w fazie jasnej fotosyntezy. Fotosynteza jako forma biosyntezy Bogactwo molekuł biologicznych przedstawionych w poprzednim rozdziale to efekt ich wytwarzania w komórkach w wyniku różnorodnych powiązanych ze sobą procesów chemicznych.

Bardziej szczegółowo

Toczeń rumieniowaty układowy

Toczeń rumieniowaty układowy Klinika Reumatologii i Chorób Wewnętrznych Uniwersytetu Medycznego im. Piastów Śląskich we Wrocławiu Toczeń rumieniowaty układowy Magdalena Szmyrka-Kaczmarek Znaczenie autoprzeciwciał w patogenezie tocznia

Bardziej szczegółowo

Fizjologia czlowieka seminarium + laboratorium. M.Eng. Michal Adam Michalowski

Fizjologia czlowieka seminarium + laboratorium. M.Eng. Michal Adam Michalowski Fizjologia czlowieka seminarium + laboratorium M.Eng. Michal Adam Michalowski michal.michalowski@uwr.edu.pl michaladamichalowski@gmail.com michal.michalowski@uwr.edu.pl https://mmichalowskiuwr.wordpress.com/

Bardziej szczegółowo

TEST - BIOLOGIA WERONIKA GMURCZYK

TEST - BIOLOGIA WERONIKA GMURCZYK TEST - BIOLOGIA WERONIKA GMURCZYK Temat: Układ nerwowy i hormonalny Zadanie 1. Zaznacz poprawną odpowiedź. Co to są hormony? a) związki chemiczne wytwarzane w gruczołach łojowych, które regulują pracę

Bardziej szczegółowo

Biochemia widzenia. Polega na zamianie energii świetlnej na ruch atomów a następnie na sygnał nerwowy

Biochemia widzenia. Polega na zamianie energii świetlnej na ruch atomów a następnie na sygnał nerwowy Biochemia widzenia Polega na zamianie energii świetlnej na ruch atomów a następnie na sygnał nerwowy W siatkówce oka kręgowców występują komórki fotoreceptorowe: czopki (silne światło, barwy) pręciki (słabe

Bardziej szczegółowo

Wykład I. Komórka. 1. Bioczasteczki : węglowodany, białka, tłuszcze nukleotydy

Wykład I. Komórka. 1. Bioczasteczki : węglowodany, białka, tłuszcze nukleotydy Wykład I. Komórka 1. Bioczasteczki : węglowodany, białka, tłuszcze nukleotydy 2. Funkcje białek błonowych: 1. Transport: a. bierny b. czynny, z wykorzystaniem energii 2. Aktywność enzymatyczna 3. Receptory

Bardziej szczegółowo

System błon w komórkach eukariotycznych. Transport przez błony plazmatyczne. Błona komórkowa - model płynnej mozaiki

System błon w komórkach eukariotycznych. Transport przez błony plazmatyczne. Błona komórkowa - model płynnej mozaiki System błon w komórkach eukariotycznych. Transport przez błony plazmatyczne. Prof. dr hab. n. med. Małgorzata Milkiewicz Zakład Biologii Medycznej Błona komórkowa - model płynnej mozaiki 1 Błona komórkowa

Bardziej szczegółowo

TIENS L-Karnityna Plus

TIENS L-Karnityna Plus TIENS L-Karnityna Plus Zawartość jednej kapsułki Winian L-Karnityny w proszku 400 mg L-Arginina 100 mg Niacyna (witamina PP) 16 mg Witamina B6 (pirydoksyna) 2.1 mg Stearynian magnezu pochodzenia roślinnego

Bardziej szczegółowo

Przekazywanie sygnałów w komórce

Przekazywanie sygnałów w komórce Rozdział 6 Przekazywanie sygnałów w komórce 1 Jolanta Barańska, 2 Irena Nalepa 1 Instytut Biologii Doświadczalnej im. Marcelego Nenckiego, PAN, ul. Pasteura 3, 02-093 Warszawa, email: j.baranska@nencki.gov.pl

Bardziej szczegółowo

Akademia Wychowania Fizycznego i Sportu WYDZIAŁ WYCHOWANIA FIZYCZNEGO w Gdańsku ĆWICZENIE III. AKTYWNOŚĆ FIZYCZNA, A METABOLIZM WYSIŁKOWY tlenowy

Akademia Wychowania Fizycznego i Sportu WYDZIAŁ WYCHOWANIA FIZYCZNEGO w Gdańsku ĆWICZENIE III. AKTYWNOŚĆ FIZYCZNA, A METABOLIZM WYSIŁKOWY tlenowy Akademia Wychowania Fizycznego i Sportu WYDZIAŁ WYCHOWANIA FIZYCZNEGO w Gdańsku ĆWICZENIE III AKTYWNOŚĆ FIZYCZNA, A METABOLIZM WYSIŁKOWY tlenowy AKTYWNOŚĆ FIZYCZNA W ujęciu fizjologicznym jest to: każda

Bardziej szczegółowo

Ocena ekspresji genu ABCG2 i białka oporności raka piersi (BCRP) jako potencjalnych czynników prognostycznych w raku jelita grubego

Ocena ekspresji genu ABCG2 i białka oporności raka piersi (BCRP) jako potencjalnych czynników prognostycznych w raku jelita grubego Aleksandra Sałagacka Ocena ekspresji genu ABCG2 i białka oporności raka piersi (BCRP) jako potencjalnych czynników prognostycznych w raku jelita grubego Pracownia Biologii Molekularnej i Farmakogenomiki

Bardziej szczegółowo

Temat: Komórka jako podstawowa jednostka strukturalna i funkcjonalna organizmu utrwalenie wiadomości.

Temat: Komórka jako podstawowa jednostka strukturalna i funkcjonalna organizmu utrwalenie wiadomości. SCENARIUSZ LEKCJI BIOLOGII DLA KLASY I GIMNAZJUM Temat: Komórka jako podstawowa jednostka strukturalna i funkcjonalna organizmu utrwalenie wiadomości. Cele: Utrwalenie pojęć związanych z budową komórki;

Bardziej szczegółowo

Niebezpieczni współpracownicy?

Niebezpieczni współpracownicy? Niebezpieczni współpracownicy? Toksyczny wpływ leków znieczulenia ogólnego na ośrodkowy układ nerwowy. European Journal of Anaesthesiology 2007 M. Perouansky Opracował: lek. Rafał Sobański Toksyczne działanie

Bardziej szczegółowo

Dr hab. med. Aleksandra Szlachcic Kraków, Katedra Fizjologii UJ CM Kraków, ul. Grzegórzecka 16 Tel.

Dr hab. med. Aleksandra Szlachcic Kraków, Katedra Fizjologii UJ CM Kraków, ul. Grzegórzecka 16 Tel. Dr hab. med. Aleksandra Szlachcic Kraków, 10.08.2015 Katedra Fizjologii UJ CM 31-531 Kraków, ul. Grzegórzecka 16 Tel.: 601 94 75 82 RECENZJA PRACY DOKTORSKIEJ Recenzja pracy doktorskiej mgr Michała Stanisława

Bardziej szczegółowo

Wybrane techniki badania białek -proteomika funkcjonalna

Wybrane techniki badania białek -proteomika funkcjonalna Wybrane techniki badania białek -proteomika funkcjonalna Proteomika: umożliwia badanie zestawu wszystkich (lub prawie wszystkich) białek komórkowych Zalety analizy proteomu w porównaniu z analizą trankryptomu:

Bardziej szczegółowo

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki Genetyka ogólna wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki Uniwersytet Warszawski Wydział Biologii andw@ibb.waw.pl http://arete.ibb.waw.pl/private/genetyka/ Wykład 5 Droga od genu do

Bardziej szczegółowo

Znaczenie jonów wapnia w śródbłonku naczyń

Znaczenie jonów wapnia w śródbłonku naczyń Znaczenie jonów wapnia w śródbłonku naczyń Beata Drabarek Dorota Dymkowska Pracownia Metabolizmu Komórki, Instytut Biologii Doświadczalnej im. Marcelego Nenckiego PAN, Warszawa Instytut Biologii Doświadczalnej

Bardziej szczegółowo

Układ wydalniczy (moczowy) Osmoregulacja to aktywne regulowanie ciśnienia osmotycznego płynów ustrojowych w celu utrzymania homeostazy.

Układ wydalniczy (moczowy) Osmoregulacja to aktywne regulowanie ciśnienia osmotycznego płynów ustrojowych w celu utrzymania homeostazy. Układ wydalniczy (moczowy) Osmoregulacja to aktywne regulowanie ciśnienia osmotycznego płynów ustrojowych w celu utrzymania homeostazy. Wydalanie pozbywanie się z organizmu zbędnych produktów przemiany

Bardziej szczegółowo

Rozdział 4. nierównomierne rozmieszczenie jonów?

Rozdział 4. nierównomierne rozmieszczenie jonów? PRZEWODNICTWO NERWOWE I TRANSMISJA SYNAPTYCZNA Rozdział 4 Potencjał błonowy różnica w ładunku elektrycznym (potencjałów) pomiędzy wnętrzem a zewnętrzem komórki Jak go zarejestrować? używając mikroelektrod.

Bardziej szczegółowo

Modelowanie pewnych aspektów czynności mózgu

Modelowanie pewnych aspektów czynności mózgu Tutorial: Modelowanie czynności neuronów i pewnych aspektów czynności mózgu 1 Modelowanie pewnych aspektów czynności mózgu Neuron McCullocha i Pits a. Pierwsze próby matematycznego opisu czynności neuronów

Bardziej szczegółowo

POLITECHNIKA ŁÓDZKA INSTRUKCJA Z LABORATORIUM W ZAKŁADZIE BIOFIZYKI. Ćwiczenie 3 ANALIZA TRANSPORTU SUBSTANCJI NISKOCZĄSTECZKOWYCH PRZEZ

POLITECHNIKA ŁÓDZKA INSTRUKCJA Z LABORATORIUM W ZAKŁADZIE BIOFIZYKI. Ćwiczenie 3 ANALIZA TRANSPORTU SUBSTANCJI NISKOCZĄSTECZKOWYCH PRZEZ POLITECHNIKA ŁÓDZKA INSTRUKCJA Z LABORATORIUM W ZAKŁADZIE BIOFIZYKI Ćwiczenie 3 ANALIZA TRANSPORTU SUBSTANCJI NISKOCZĄSTECZKOWYCH PRZEZ BŁONĘ KOMÓRKOWĄ I. WSTĘP TEORETYCZNY Każda komórka, zarówno roślinna,

Bardziej szczegółowo

etyloamina Aminy mają właściwości zasadowe i w roztworach kwaśnych tworzą jon alkinowy

etyloamina Aminy mają właściwości zasadowe i w roztworach kwaśnych tworzą jon alkinowy Temat: Białka Aminy Pochodne węglowodorów zawierające grupę NH 2 Wzór ogólny amin: R NH 2 Przykład: CH 3 -CH 2 -NH 2 etyloamina Aminy mają właściwości zasadowe i w roztworach kwaśnych tworzą jon alkinowy

Bardziej szczegółowo

FIZJOLOGIA CZŁOWIEKA

FIZJOLOGIA CZŁOWIEKA FIZJOLOGIA CZŁOWIEKA Daniel McLaughlin, Jonathan Stamford, David White FIZJOLOGIA CZŁOWIEKA Daniel McLaughlin Jonathan Stamford David White Przekład zbiorowy pod redakcją Joanny Gromadzkiej-Ostrowskiej

Bardziej szczegółowo

Możliwości współczesnej inżynierii genetycznej w obszarze biotechnologii

Możliwości współczesnej inżynierii genetycznej w obszarze biotechnologii Możliwości współczesnej inżynierii genetycznej w obszarze biotechnologii 1. Technologia rekombinowanego DNA jest podstawą uzyskiwania genetycznie zmodyfikowanych organizmów 2. Medycyna i ochrona zdrowia

Bardziej szczegółowo

Regulacja komunikacji międzykomórkowej poprzez zewnątrzkomórkowy ATP w układzie nerwowym*

Regulacja komunikacji międzykomórkowej poprzez zewnątrzkomórkowy ATP w układzie nerwowym* N e u r o k o g n i t y w i s t y k a w p a t o l o g i i i z d r o w i u, 2 0 1 1 2 0 1 3 P o m o r s k i U n i w e r s y t e t M e d y c z n y w S z c z e c i n i e 119 123 Irena Baranowska Bosiacka

Bardziej szczegółowo

WYBRANE SKŁADNIKI POKARMOWE A GENY

WYBRANE SKŁADNIKI POKARMOWE A GENY WYBRANE SKŁADNIKI POKARMOWE A GENY d r i n ż. Magdalena Górnicka Zakład Oceny Żywienia Katedra Żywienia Człowieka WitaminyA, E i C oraz karotenoidy Selen Flawonoidy AKRYLOAMID Powstaje podczas przetwarzania

Bardziej szczegółowo

Kosmos PROBLEMY NAUK BIOLOGICZNYCH. REGULACJA EKSPRESJI GENÓW PRZEZ JONY WAPNIA. Tom 46, 1997 Numer 4 (237) Strony

Kosmos PROBLEMY NAUK BIOLOGICZNYCH. REGULACJA EKSPRESJI GENÓW PRZEZ JONY WAPNIA. Tom 46, 1997 Numer 4 (237) Strony Kosmos PROBLEMY NAUK BIOLOGICZNYCH. Tom 46, 1997 Numer 4 (237) Strony 523-528 Polskie Towarzystwo Przyrodników im. Kopernika Ir e n e u s z W. B ie d e r m a n n, L e s z e k K a c z m a r e k Zakład.

Bardziej szczegółowo

OCENA Rozprawy doktorskiej mgr Aksany Varabyovej Biogeneza dysmutazy ponadtlenkowej 1 w mitochondrialnej przestrzeni międzybłonowej

OCENA Rozprawy doktorskiej mgr Aksany Varabyovej Biogeneza dysmutazy ponadtlenkowej 1 w mitochondrialnej przestrzeni międzybłonowej prof. dr hab. Barbara Zabłocka Pracownia Biologii Molekularnej Instytut Medycyny Doświadczalnej i Klinicznej im. M. Mossakowskiego PAN ul. Pawińskiego 5, 02-106 Warszawa tel: 22-60 86 486 e-mail: bzablocka@imdik.pan.pl

Bardziej szczegółowo