Kapitoly z neurofyziologie smyslů Neurofyziologie Ambice: Pochopení psychiky člověka a jejích poruch. Bouřlivý rozvoj: Molekulární neurovědy Neurofarmakologie Zobrazovací metody Nobel prices related to neuroscience 1901 Wilhelm Conrad Röntgen (Germany) "in recognition of the extraordinary services he has rendered by the discovery of the remarkable rays subsequently named after him" 1904 Ivan Petrovich Pavlov (Russia) "in recognition of his work on the physiology of digestion, through which knowledge on vital aspects of the subject has been transformed and enlarged" 1906 Camillo Golgi (Italy) and Santiago Ramön y Cajal (Spain) "in recognition of their work on the structure of the nervous system" 1909 Emil Theodor Kocher (Switzerland) "for his work on the physiology, pathology and surgery of the thyroid gland" 1914 Robert Bäräny (Vienna) "for his work on the physiology and pathology of the vestibular apparatus" 1920 Chemistry: Walther Hermann Nernst (Germany) "in recognition of his work in thermochemistry" 1932 Sir Charles Scott Sherrington (Great Britain) and Edgar Douglas Adrian (Great Britain) "for their discoveries regarding the functions of neurons" 1935 Hans Spemann (Germany) "for his discovery of the organizer effect in embryonic development" 1936 Sir Henry Hallett Dale (Great Britain) and Otto Loewi (Great Britain) "for their discoveries relating to chemical transmission of nerve impulses" 1944 Joseph Erlanger (USA) Herbert Spencer Gasser (USA) "for their discoveries relating to the highly differentiated functions of single nerve fibres" 1949 Walter Rudolf Hess "for his discovery of the functional organization of the interbrain as a coordinator of the activities of the internal organs" 1949 Antonio Caetano de Abreu Freire Egas Moniz "for his discovery of the therapeutic value of leucotomy in certain psychoses" 1952 Physics: Felix Bloch (USA) and Edward Mills Purcell (USA) "for their development of new methods for nuclear magnetic precision measurements and discoveries in connection therewith" 1961 Georg von Bekesy (USA/Hungary)"for his discoveries of the physical mechanism of stimulation within the cochlea" 1962 Francis Harry Compton Crick (Great Britain), James Dewey Watson (USA) and Maurice Hugh Frederick Wilkins (Great Britain) "for their discoveries concerning the molecular structure of nucleic acids and its significance for information transfer in living material" 1963 Sir John Carew Eccles (Australia), Alan Lloyd Hodgkin and Andrew Fielding Huxley (Great Britain) "for their discoveries concerning the ionic mechanisms involved in excitation and inhibition in the peripheral and central portions of the nerve cell membrane" 1967 Ragnar Granit (Sweden/Finland), Haldan Keffer Hartline (USA) and George Wald (USA) "for their discoveries concerning the primary physiological and chemical visual processes in the eye" Robert W. Holley (USA), Har Gobind Khorana (USA) and Marshall W. Nirenberg (USA) "for their interpretation of the genetic code and its function in protein synthesis 1970 Sir Bernard Katz (Great Britain), Ulf von Euler (Sweden) and Julius Axelrod (USA) "for their discoveries concerning the humoral transmittors in the nerve terminals and the mechanism for their storage, release and inactivation" 1972 Physics: John Bardeen (USA), Leon Neil Cooper (USA) and John Robert Schrieffer (USA)"for their jointly developed theory of superconductivity, usually called the BCS-theory" [Professor Cooper was Director of Brown University's Center for Neural Science.] 1973 Karl von Frisch (Germany), Konrad Lorenz (Austria) and Nikolaas Tinbergen (Great Britain) "for their discoveries concerning organization and elicitation of individual and social behaviour patterns" 1973 Physics: Brian David Josephson (Great Britain) "for his theoretical predictions of theproperties of a supercurrent through a barrier, in particular those phenomena which are generally known as the Josephson effects" 1976 Baruch S. Blumberg (USA) and D. Carleton Gajdusek (USA) "for their discoveries concerning new mechanisms for the origin and dissemination of infectious diseases" 1977 Roger Guillemin and Andrew Schally for their discoveries concerning the peptide hormone production of the brain" 1977 Rosalyn Yalow for "the development of radioimmunoassays of peptid hormones 1979 Allan M Cormack and Godfrey Newbold Hounsfield for the "development of computer assisted tomography" 1981 Roger W. Sperry, for his discoveries concerning "the functional specialization of the cerebral hemispheres" 1981 David H. Hubel and Torsten N. Wiesel, for their discoveries concerning "visual system". 1986 Stanley Cohen (USA) Rita Levi-Montalcini (Italy/USA)"for their discoveries of growth factors" 1991 Erwin Neher (Germany) Bert Sakmann (Germany) "for their discoveries concerning the function of single ion channels in cells" 1991 Chemistry: Richard R. Ernst (Switzerland) "for his contributions to the development of the methodology of high resolution nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy" 1994 Alfred G. Gilman (USA) Martin Rodbell (USA) "for their discovery of G-proteins and the role of these proteins in signal transduction in cells" 1997 Stanley B. Prusiner, in Physiology or Medicine for his discovery of prions - a new biological principle of infection" http://nobelprize.org/medicine/laure ates/1981/ I 1997 Chemistry: Paul D. Boyer (USA) and John E. Walker (Great Britain) "for their elucidation of the enzymatic mechanism underlying the synthesis of adenosine triphosphate (ATP)" 1997 Jens C. Skou (Denmark) "for the first discovery of an ion-transporting enzyme, Na+, K+-ATPase" 1998 Robert F. Furchgott (USA)Louis J. Ignarro (USA) and Ferid Murad (USA) "for their discoveries concerning nitric oxide as a signalling molecule in the cardiovascular system" 2000Arvid Carlsson, Paul Greengard and Eric Kandel for their discoveries concerning "signal transduction in the nervous systém 2003 Paul C. Lauterbur Sir Peter Mansfield for their discoveries concerning magnetic resonance imaging 2004 Richard Axel, Linda Buck for their discoveries of odorant receptors and the organization of the olfactory system Neurofyziologie Studium nervových a doprovodných buněk, způsobu jak jsou sestaveny do funkčních celků, které vedou, zpracovávají, ukládají informaci a zprostředkují chování. Smyslová neurofyziologie Vrátka do vědomí, kontakt s vnějším světem. Obecné molekulární principy signalizace. Internet a něco z jeho neomezené nabídky: httD://www.DhysDharm.fmd.uwo.ca/undergrad/medsweb/ httD://entochem.tamu.edu/index.html http://web.neurobio. arizona.edu/gronenberg/nrsc581/index.html httD://www.biol.sc.edu/~vogt/courses/neuro/neurobehavior.html httD://instruct1.cit.cornell.edu/courses/bionb424/links.htm http://nelson.beckman.uiuc.edu/courses/neuroethol/ http://www.blackwellDublishing.com/matthews/default.html http://www.hhmi.org/biointeractive/vlabs/neurophysiology/index.html Kapitoly z neurofyziologie smyslů - výběr kapitol Fyziologie membrán: - klidový potenciál -akční potenciál - iontové kanály -šíření signálů a synapse Fyziologie smyslů: - obecné principy - čich a chuť - hmat a sluch - zrak a další smysly Psychofyziologie: - zpracování zrakové informace -učení a paměť - chování, neuroetologie Materiály, prezentace, návaznosti na předměty, hodnocení. Fyziologie nervových membrán: řeč elektrických potenciálů Stimulus input Graded 1 Sensory signals integration Conduction Output (trans mitt or release) Action potential Action Action input Graded synaptic potential 2 Motor signals Integration Conduction Output (transmitter release} Action Action ■ ✓potential potentral Action potential Input Graded synaptic potential 3 Muscle signals Integration Conduction Oulpui (behavior} Action Action potential ^potential Receptor Předávání a zpracování informací: elektro - chemická spolupráce Klidový potenciál Gibbs-Donnanova rovnováha lont Koncentrace Gradient Intra/Extra Rovnovážný potenciál Intracelulární Extracelu ární Na+ 12 mmol/l 145 mmol/l 1:12 +67 mV K+ 155 mmol/l 4 mmol/l 39:1 -98 mV Cl" 4 mmol/l 123 m mol/ 1:31 -90 mV volný Caz+ 10"4 mmol/l 1,5 mmol/l 1:15.000 +129 mV fixní anionty 155 mmol/l Tab. 2.2. Tabulka rozložení iontových koncentrací na buněčné membráně kosterního svalu savce. A. Příčiny a důsledky klidového potenciálu membrány 1 pasivní rozložení iontů i 2 aktivní Na 1-K''-pumpa £CT Cl K+ Na+ ICT .1 bílkoviny fosfáty" Cl K+ Na4 bílkoviny' fosfáty a Sítiv rtí transport prostřednictvím ATPázy 3 difuzní potenciál K'1' chemický gradient K+ vzrůstá T dífuzeK+zlCT do ECT vznik potenciálu 4 potenciál žene Cl' z ICT do ECT fCT ICT bílkoviny" fosfáty" 5 konečný stav: klidový membránový potenciál lil ICT i—e bílkoviny" fosfáty " — Cl INTRA EXTRA Rovnovážný potenciál - pro daný iont Nernstova r. RT [ion]o E. =------ln--------- ion zF [ion]i [ion]o E. = 61mV log--------- ion [ion]i Goldmanova r. RT PK[K+]o + PNa[Na+]o + PCl[Cľ]i Er = -- ln--------------------------------- FPK[K+]i + PNa[Na+]i + PCl[Cl-]o Gradient Rovnovážný In tra/Extra potenciál 1:12 +67 mV 39:1 -98 mV Hnací síla = Driving Force -90mV - (Rovnovážný potenciál) lont Koncentrace Gradient Intra/Extra Rovnovážný potenciál Intracelulární Extracelu ární Na+ 12 mmol/l 145 mmo l/l 1:12 +67 mV K+ 155 mmol/l 4 mmo 1/ 39:1 -98 mV Cl" 4 mmol/l 123 mmol/ 1:31 -90 mV volný Caz+ 10"4 mmol/l 1,5 mmo l/l 1:15.000 +129 mV fixní anionty 155 mmol/l Tab. 2.2. Tabulka rozložení iontových koncentrací na buněčné membráně kosterního svalu savce. Na/K ATP-áza nabíjí membránu Ouabain - Inhibitor Na/K pumpy Jen 6 kationtů vně navíc na pozadí 110.000/110.000 je schopno nabít membránu. Stačí tedy přemístit jen nepatrná množství a potenciál se výrazně změní. Klidový potenciál • Uložená energie pro generování, šíření a zpracování elektrických signálů: • Akční potenciál - vhodný pro dálkový, nezkreslený a rychlý přenos signálů • Místní potenciál - vhodný pro zpracování, syntézu, modifikaci informací Akční potenciáli Horní záznam odpovídá průbehu "nervového akčního proudu", tak jak jej Bernstetn natneřH r. 1663 a publikoval r, 1671. Ma spodnim záznamu, který Bernstein publikoval v Elektrobiologll r. 1913, chvbi překrnit "akčního proudu" do kladných hodnot (průběhy jsou zaznamenány s opačnou polaritou, než na jakou jsme dnes zvyklí). Jak se dnes měří a jak vypadá? http://www.hhmi.org/biointeractive/vlabs/neu MiíBBfil^H Informace, kterou přenáší, je zapsána do frekvence. Current Voltage generator amplifier / \ Membrane _f |_ current i-1 Inward 50 ms Figure 7-2C Depolarization. Buď nevznikne vůbec, nebo vzniká stále stejně velký. The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1963 "for their discoveries concerning the ionic mechanisms involved in excitation and inhibition in the peripheral and central portions of the nerve cell membrane" Sir John Carew Eccles 1/3 of the prize Australia Australian National University Canberra, Au1l903a d. 1997 ft Alan Lloyd Hodgkin 1/3 of the prize United Kingdom University of Cambridge Cambridge, United d. 1998 Andrew Fielding Huxley 1/3 of the prize United Kingdom London University London, United bK.in1g9d1o7m Voltage clamp Hodkgkin & Huxley napěťový zámek, 1963. Dodávaný proud kompenzuje iontové toky tak, aby napětí zůstalo konstantní. Proud je registrován. Blokátory kanálů Na - TTX (Tetrodotoxin) - „ucpe" ústí kanálu K - TEA (Tetraethyl amonium) Obr. 14.16 Membránové proudy na myeflnisovaiiých aramech po »t*ln* provedené skok- ové zméné membránového napětí. Membránové napětí bylo v čase r=0 skokem změněno z -95 mV na hodnoty udané u jednotlivých křivek. Křivky vyjadřují naměřené proudy iontů, nahoře natria, dole kalia. Svislá osa - intensita proudu, vodorovná osa - čas. Při skoku na -60 mV je skok ještě podprahový a nevyvolává Žádný proud. A: Na+ proud; mezi +30 a +60 mV mění Na*~ proud polaritu z negativního (směrem do buňky, pod vodorovnou přúnkou) na positivní (ven z buňky, nad přímkou, pro daný preparát leží totiž hodnota rovnovážného napití pro Na pod +60 mV) a s přibývající depolarisací teče stále kratčeji. B: K* proud; tento proud stoupá po depotarisaci (do positivních hodnot, tj. ven z buňky) mnohem pomaleji než proud Ná* a drží se na stejné výšce během celé depoUtrisace. (ZDVDBLA 1990b) http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/chp44/4402s.swf K čemu ještě voltage clamp? Otevírají se Na nebo zavírají K kanály? Zamknutí membrány vyšachuje napěťově sensitivní kanály a iontové toky jsou Různé proudy přes membránu po pohybech cilií u různých hodnot „zamknutého" napětí. Není to ani K ani jen Na, jsou to neselektivně kationty. Kanály a patch clamp Kanály - prostředek udržování integrity buňky a komunikace Nevrátkované - řídí klidový potenciál Vrátkované - řídí místní i akční potenciály Kanály - typy vrátkování lonotropní transdukce - receptor přímo na kanálu Metabotropní transdukce Už jste se potkali s kanály? Řídí předávání signálů nesených ionty. i— E. Nitric oxide (NO) as a transmitter substance Messenger, — e.q., acetyl choline Vasodilatation t •I Protein kinase G Receptor if co. a. PIP, Diffusion Activated CTP Activated DAG ft v r Ca2 stores NO <- J Cytosolic g u any late cyclase CGMP Ceti 2 (e.g., vascular myocyte) Ca2+ ^■^^channel ^° Open'* *W Celí membrane Calmodulin *J Ca2+- < calmodulin ^ ■ *J complex NO synthase Arginine 02,NADPH Citrulline ECF Cetil (e.g., endothelial cell) i— A. Triggering and Development of Apoptosis Ischemia etc. —> TNF-a Lack of growth -> factors Radiation -> Poisons CD95 receptor Glucocorticoids Caspases Sphingomyelinase Ceramide Ras Tyrosine I kinase y y Rac Mitochondrial Na destruction p53 DNA repair DNA damage Bax Bcl2 Cell DNA shrinkage fragmentation Apoptosis I— B. Necrosis Hypoglycemia Hypoxia, ischemia Poisoning (e.g. oxidants) ,.. , .. . Phospho-Glucose °2 deficiency |ipase Aa deficiency Lactate A H+ i Endogenous substances (e.g. glutamate) M Cell activity (excitation, transport) Mitochondrial - ^ respiration Anaerobic glycolysis Inflammation Cell death Struktura - Transmembránové proteiny Rekonstrukce podle vlastností a) Secondary structure (linear presentation) Extracellular fluid Cell membrane In this hypothesized secondary structure of the entire protein molecule, each cylinder represents an ct-helix (see Box 2.1). LilL UIJ IL ¥ Li I iX glVLlJJJ ftj-vf^w', '--- face, not the inner, cytoplasmic face (see Figure hydrate groups are thought to serve as attachn cellular proteins and as cell recognition sites. 1 The word fragment giyco refers to carbohydrates (after the Figure 2.4 The structure of a transmembrane pr gated Na+ channel—illustrating several modes o. Domain 1 Domain II Domain 111 Domain IV This molecule consists of four domains, each of which includes six fi-fieiices Cytoplasm (b) Simplified three-dimen-tional structure enclosed in a sketch of the envelope of the molecule Extracellular fluid (c) Stylized version of chemical structure showing subunits (d) Semi realistic symbol (e) Schema tic svmbol (f) Stylized version of chemical structure showing associated protein molecules Cell' membrane Cytoplasm For different purposes, the protein can be represented in a variety of ways. A protein of this sort may be associated in the membrane with other transmembrane proteins (e.g., J3) or peripheral proteins (e.g., y). k) Topology of voltage-gated Na"1' channels 4 domény, 6 segmentů ExtraceíEular Quid I Cytoplasm (b) Surface view of a Na'h cha n ne I COOH XH- (c) a rtge Refrakterní fáze kanálu - omezení frekvence AP Draslíkový kanál Na kanál • Citlivý na napětí • Selektivní • Schopný inaktivace Citlivý na napětí Fig. 5.3 Presumed tertiary structure of the Na+ channel protein based on hydropathicity plots of the primary amino acid sequence. A. The channel protein consists of four repeating subunits, each containing six presumed transmembrane segments. Segment 4 contains an excess of positively charged residues and is assumed to be the voltage sensor. A long loop between segments 5 and 6 is believed to dip into the membrane and form the face of the pore. A cytoplasmic loop contains the inactivation gate. B. View looking down on the membrane to see the arrangement of the four subunits around the central pore. The Ca2+ channel protein is similar in its construction. (Modified from Catterall, 1988, and Stevens, 1991, in Kandel et al., 1991) (s) Topology of voltage-gated Na"1' channels ExtraceíEular Obr. 13 Kluzně šroubový model napěťově závislého vrátkování podle Catteralla. Segment S4je zřejmě senzor napětí. Segment S4 domény III sodíkového kanálu elektrického orgánu parejnoka Torpédo je znázorněn jako transmembránová a šroubovice s řadou pozitivních nábojů tvořených opakujícími se zbytky "zásadité" aminokyseliny argininu. Každý pozitivní náboj jé neutralizován negativním nábojem sousedních transmembránových šroubovic (každá třetí v pořadí sekvence). Vytváří se spirála iontových párů prostupujících membránou. Síla membránového elektnckého pole stabilizuje tvorbu iontových párů tím, že táhne pozitivní náboje dovnitř a vytlačuje negativní náboje ven podobně jako jádro v elektromagnetu. Při depolarizaci (A V) se tato síla uvolní a šroubovice tvořící segmenty S4 ve všech 4 homologních doménách se vysunou ven jako uvolněné pružiny ve směru spirály přibližně o 5 A, přičemž se otočí o 60° tak, že se kladné náboje posunou vzhledem k sousední šroubovici o jedno místo ven z buňky. Dojde tím ke snížení kladného náboje na vnitřní straně membrány. Je zajímavé (A), že velmi podobné uspořádání bazických argininových nebo lysinových kladně nabitých zbytků nacházíme v tomto předpokládaném napěťovém senzoru S4jak u sodíkového kanálu z parejnoka či mozku potkana, tak ve vápníkovém kanálu králičího kosterního svalu a v draslíkovém kanálu mutanta Shaker octomilkv Prosophila melanoaasrer ft/i7 nhr 14). (Podle Catterall 1988)-- - Sugar resid ues Channel protein Voltage sensqr ExtraceJJuldr side Cytoplasmic side Narrow selectivity filter , Lipid biíaver Anchor protein Aqueous pore SmuUiT.Y-i-ociu:^-. Inc. JťUcTidci Fandntmntnlí cf Vn.rif'^ii'.ifi'.ilriTnliil'i Fig 5.8 Basic Model of a Voltage Gated Ion Channel Selektivní Fig. 5.3 Presumed tertiary structure of the Na+ channel protein based on hydropathicity plots of the primary amino acid sequence. A. The channel protein consists of four repeating subunits, each containing six presumed transmembrane segments. Segment 4 contains an excess of positively charged residues and is assumed to be the voltage sensor. A long loop between segments 5 and 6 is believed to dip into the membrane and form the face of the pore. A cytoplasmic loop contains the inactivation gate. B. View looking down on the membrane to see the arrangement of the four subunits around the central pore. The Ca2+ channel protein is similar in its construction. (Modified from Catterall, 1988, and Stevens, 1991, in Kandel et al., 1991) Selektivita K+ kanálu Streptomyces Polární vodný obal zabraňuje průniku přes membránu K iont nemůže být stabilizován jako Na a tak neprojde filtrem. Hydrophilic polúr h(řsd 9ľ«j[> X-ray crystallography Schopný inaktivace Fig. 5.3 Presumed tertiary structure of the Na+ channel protein based on hydropathicity plots of the primary amino acid sequence. A. The channel protein consists of four repeating subunits, each containing six presumed transmembrane segments. Segment 4 contains an excess of positively charged residues and is assumed to be the voltage sensor. A long loop between segments 5 and 6 is believed to dip into the membrane and form the face of the pore. A cytoplasmic loop contains the inactivation gate. B. View looking down on the membrane to see the arrangement of the four subunits around the central pore. The Ca2+ channel protein is similar in its construction. (Modified from Catterall, 1988, and Stevens, 1991, in Kandel et al., 1991) The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1991 Patch Clamp -Technika, která „vidí" kanály při práci "for their discoveries concerning the function of single ion channels in cells" _ 1 Erwin Neher 1/2 of the prize Federal Republic of Germany Max-Planck-Institut fur Biophysikalische Chemie Goettingen, Federal Republic of Germany b. 1944 Bert Sakmann 1/2 of the prize Federal Republic of Germany Max-Planck-Institut für medizinische Forschung Heidelberg, Federal Republic of Germany b. 1942 Neher & Sackman Terčíkový zámek, 1991 14.12 MEMBRÁNOVÉ PROCESY V JEDNOTLIVÝCH TKÁNÍCH 66 _r TT "L_r 40 m V 80 m V "\-^^^^ souč,t iŕ/^MJ V/^^ ^Na přes kľnály w*mh&^ — K ».l«,ÉÉfcl JU MC •si e Oj o o) 5pA JWIIL TJ ■ ■ N lO ms Obr. 14. J 8 Proudy tekoucí Na+-kanály (vlevo) a K+-kanály (vpravo). Membránové napětí bylo po dobu 14 ms experimentálně skokem přestaveno z -80 mV na -40 mV (horní krivka), a to bylo desetkrát opakováno. Přitom byly měřeny membránové proudy (10 křivek v dolejší části obr.). Proudy proteklé jednotlivými kanály se objevují porůznu během depolarisace a trvají různě dlouho. Sumací takovýchto záznamů vzniká záznam sumačního proudu, JNa popř. Jk (zubatá křivka). Je vidět, ze u Na -kanálů je otevření nejpravděpodobnější krátce po změně napětí na membráně a že pak dochází k pozvolné inak-tivaci. -kanály se naproti tomu otevírají v průměru s jistým zpožděním, pak se však ustavuje určitá střední častost otevření, která zůstává konstantní po celou dobu depolarisace. (Z DUDELA 1990b) teil tljlUiiwN current tlun silt' lit iili'h Hu-Hodgkin i suiting I mm p In l^l Al lindm,n:l. underlying th nieftKilrcsiili" porifslid] is da current-mens rvtjuitt'd lo sti char??' Hiuied out ionic enru' a shift in accu tui.ii Na- Channel cujfn*. Willi IHOi- iIpI^V followriy initial dK|jijl.iti^.iTiDn,aiid stay* open M k*^ *häfi :. mlllliwonrl twtoie IK. ———L_~ Tbp■;alt*^!;y.lt<^^^,:, riimttwb.cip** «S«htly [del Anrtcaniituy Open unul khOttty ■Iter rmtfnhrant iü polarization. 0301 ClWCL i III. tJlillfírl cJlůJhlCl '.'| ■ ■ "rar ■ u.ii .i._J .,r- i----■■■ —i j /_ MEÜROBfÖLÖGY f } Gary G. Mattheit IUI m v The Nobel Prize in Chemistry 2003 "for discoveries concerning channels in cell membranes" "for the discovery of water channels" "for structural and mechanistic studies of ion channels" Peter Agre Roderick MacKinnon 1/2 of the prize 1/2 of the prize Johns Hopkins University School of Medicine Baltimore, MD, USA Rockefeller University New York, NY, USA; Howard Hughes Medical Institute USA USA b. 1949 b. 1956 Roderick MacKinnon and Ion Channels Roderick MacKinnon, M.D., a visiting researcher at the U.S. Department of Energy's Brookhaven National Laboratory, is a recipient of the 2003 Nobel Prize in Chemistry 'for structural and mechanistic studies of ion channels., His research explains "how a class of proteins helps to generate nerve impulses - the electrical activity that underlies all movement, sensation, and perhaps even thought Theworkleading to theprize wasdoneprimarily at theCornell High Energy Synchrotron Source [CHESS] and the National Synchrotron Light Source [NSLS] at Brookhaven. The proteins, called ion channels, are tiny pores that stud the surface of all of our cells. These channels allow the passage of potassium, calcium, sodium, and chlorid molecules called ions. Rapid-fire opening and closing of these channels releases ion moving electrical impulses from the brain in a wave to their destination in the body. "Potassium channels act as both gateways and gatekeepers on cell membranes, controlling the flow of ions and enabling brains to think, muscles to move, and hear to beat. Malfunctioning ion channels contribute to epilepsy, arrhythmia, and other diseases."2 An overhead view of a voltage-dependent potassium ion channel shows four red-tipped "paddles" that open and close in response to positive and negative charges. This structure, discovered by Rockefeller scientists, shows tor the first time the molecular mechanism by which potassium ions are allowed in and out of living cells during a nerve or muscle impulse. (A) netiky (B) cD.MA Trans fee t, select, and culture Figure 1,9 Common methods of gene expression for recording the electrical activity of ion channels and other membrane proteins (A) Injection into a Xenopus oocyte, which can then be studied by voltage clamping. (B) Transŕection. DŇA incorporated into plasmid or vival vector is introduced into the cell by electroporation, Ca2+ shock, or direct injection into the nucleus (as shown). Cell line may then be used for patch-clamp recording. Vmf membrane potential; VLI command potential; R, feedback resistance of patch amplifier; im, membrane current. After Fain (1999). Mechanizmy regulující v buňce koncentraci vápníku: PLC-fosfolipá-za C. DG - diacylglycerol, CICR - indukované uvolňování vápníku prokázat kem. (viz Vápníková komunikace a Ca kanály r- B. Oscilace Cai+ 1 nízká frekvence stimul ČaM-kí názy 11 tAAAAAAAA r \ < > 2 zvýšená frekvence [Cai+] íiAAAAAAAA "AAAAA. aktivita CaM-ki-názy II 3 deaktivace enzymu narůstající autofosforylace č nefosforyiovaný . auioíosfťirylovůfiý kalcitonin ■f / pafafolikuíárni paratyreoidálnť buňka PTH PKCt LcAMP] | r1' II IIIlM iaiiilurt^dijim Jic in VuluqlciJjintTiilCTil K,i* LTIIIlBltli -■ AlIi'iAJIliUciItiiLu'ik 10 Iwlll Ni4" dtaaireK uiiil . ■ I ■: I r ■■"11 ■ -J • 11 —-' / fintr F.tpcctcd ciiiu-ociLine HllT»BPl NEUROBIOLOGY Gary G. Ma-EhdWi |hjlHtlri| .0 K' ctinimtiii b -3j31m=. "i I In lrh|irr|bnL,TlJ.illľiii ■..jJľhJIIIuLLI\iIJ1.J ľ'XÍtf-IlCIII ILTIEfl IIľ. II. i I lrmlpiifcJ b NEUROBIOLOGY Gary G. MatlhtiWi £u> dnaiirtol KJ dünnet RcprlnrLdiliJiiü *- K1 ^UlL* -f-- K - diMiuiLll. ofwi NEUROBIOLOGY £/ Gary G. Mäí[htí^£ Akční potenciál kanály • Leukocyty, stejně jako rakovinové buňky mají napěťově vrátkované kanály