1. Физиология как наука
 Скачать 2.32 Mb.
|
|
Электротоническое действие постоянного тока на ткань. Под электротоническим действием понимают такое действие постоянного тока на ткань, которое приводит к изменению физических и физиологических свойств ткани. В связи с эти различают два вида электротона: 1. Физический электротон. 2. Физиологический электротон. Под физическим электротоном понимают изменение физических свойств мембраны, возникающее под действием постоянного тока - изменение проницаемости мембраны, критического уровня деполяризации. Под физиологическим электротоном понимают изменение физиологических свойств ткани. А именно - возбудимости, проводимости под действием электротока. Кроме того, электротон разделяют на анэлектротон и катэлектротон. Анэлектротон - изменения физических и физиологических свойств тканей под действием анода. Каэлектротон - изменения физических и физиологических свойств тканей под действием катода. Изменится проницаемость мембраны и это будет выражаться в гиперполяризации мембраны и под действием анода будет постепенно снижаться КУД. Кроме того, под анодом при действии постоянного электрического тока развивается физиологический компонент электротона. Значит под действием анода изменяется возбудимость. Как изменяется возбудимость под действием анода? Включили электроток - КУД смещается вниз, мембрана гиперполяризовалась, резко сместился уровень потенциала покоя. Разница меджду КУДом и потенциалом покоя увеличивается в начале действия электрического тока под анодом. Значит возбудимость под анодом в начале будет снижаться. Потенциал мембраны будет медленно смещаться вниз, а КУД - достаточно сильно. Это приведет к восстановлению возбудимости до исходного уровня, а при длительном действии постоянного тока под анодом возбудимость вырастет, так как разница между новым уровнем КУДа и потенциалом мембраны будет меньше, чем в покое. 10. Строение биомембран… Организация всех мембран имеет много общего, они построены по одному и тому же принципу. Основу мембраны составляет липидный бислой (двойной слой амфифильных липидов), которые имеют гидрофильную "головку" и два гидрофобных "хвоста". В липидном слое липидные молекулы пространственно ориентированы, обращены друг к другу гидрофобными "хвостами", головки молекул обращены на наружную и внутреннюю поверхности мембраны. Липиды мембраны: фосфолипиды, сфинголипиды, гликолипиды, холестерин. Выполняют, помимо формирования билипидного слоя, другие функции: • формируют окружение для мембранных белков (аллостерические активаторы ряда мембранных ферментов); • являются предшественниками некоторых вторых посредников; • выполняют "якорную" функцию для некоторых периферических белков. Среди мембранных белков выделяют: • периферические - располагаются на наружной или внутренней поверхностях билипидного слоя; на наружной поверхности к ним относятся рецепторные белки, белки адгезии; на внутренней поверхности - белки систем вторичных посредников, ферменты; • интегральные - частично погружены в липидный слой. К ним относятся рецепторные белки, белки адгезии; • трансмембранные - пронизывают всю толщу мембраны, причем некоторые белки проходят через мембрану один раз, а другие - многократно. Этот вид мембранных белков формирует поры, ионные каналы и насосы, белки-переносчики, рецепторные белки. Трансмембранные белки играют ведущую роль во взаимодействии клетки с окружающей средой, обеспечивая рецепцию сигнала, проведение его в клетку, усиления на всех этапах распространения. В мембране этот тип белков формирует домены (субъединицы), которые обеспечивают выполнение трансмембранными белками важнейших функций. Основу доменов составляют трансмембранные сегменты, образованные неполярными аминокислотными остатками, закрученными в виде ос-спирали и внемембранные петли, представляющие полярные области белков, которые могут достаточно далеко выступать за пределы билипидного слоя мембраны (обозначают как внутриклеточные, внеклеточные сегменты), отдельно выделяют СООН- и NН 2 -терминальные части домена. Часто просто выделяют трансмембранную, вне- и внутриклеточную части домена - субъединицы. Белки мембраны также делят на: структурные белки: придают мембране форму, ряд механических свойств (эластичность и т.д.); транспортные белки: - формируют транспортные потоки (ионные каналы и насосы, белки-переносчики); - способствуют созданию трансмембранного потенциала. белки, обеспечивающие межклеточные взаимодействия: - адгезивные белки, связывают клетки друг с другом или с внеклеточными структурами; белковые структуры, участвующие в образовании специализированных межклеточных контактов (десмосомы, нексусы и т.д.); белки, непосредственно участвующие в передаче сигналов от одной клетки к другой. В состав мембраны входят углеводы в виде гликолипидов и гликопротеидов. Они формируют олигосахаридные цепи, которые располагаются на наружной поверхности мембраны. Свойства мембраны: 1. Самосборка в водном растворе. 2. Замыкание (самосшивание, замкнутость). Липидный слой всегда замыкается сам на себя с образованием полностью отграниченных отсеков. Это обеспечивает самосшивание при повреждении мембраны. 3. Асимметрия (поперечная) - наружный и внутренний слои мембраны отличаются по составу. 4. Жидкостность (подвижность) мембраны. Липиды и белки могут при определенных условиях перемещаться в своем слое: латеральная подвижность; вращения; изгибание, а также переходить в другой слой: вертикальные перемещения (флип-флоп) 5. Полупроницаемость (избирательная проницаемость, селективность) для конкретных веществ. Функции мембран Каждая из мембран в клетке играет свою биологическую роль. Цитоплазматическая мембрана: • отграничивает клетку от окружающей среды; • осуществляет регуляцию обмена веществ между клеткой и микроокружением (трансмембранный обмен); • производит распознавание и рецепцию раздражителей; • принимает участие в образовании межклеточных кон тактов; • обеспечивает прикрепление клеток к внеклеточному матриксу; • формирует электрогенез. Мембраны эндоплазматического ретикулума. Гладкого эндоплазматического ретикулума участвуют: • в синтезе фосфолипидов, стероидов, полисахаридов; • в инактивации метаболитов; • в инактивации БАВ; • в детоксикации ядовитых веществ. Шероховатого эндоплазматического ретикулума участвуют : • в синтезе секреторных, лизосомальных и мембранных белков; • в транспорте синтезированных белков в другие отделы клетки; • в прикреплении рибосом. Мембрана аппарата Гольджи: • обеспечивает модификацию белков, синтезированных в эндоплазматическом ретикулуме, предназначенных для секреции и инкреции, включения в мембраны и др.; • участвует в синтезе фрагментов плазматических мембран, лизосом, секреторных гранул; • обеспечивает упаковку в везикулы, секреторные гранулы белков, БАВ. Мембраны митохондрий: 2 мембраны: внутренняя и внешняя. На внутренней мембране митохондрий локализованы ферменты, участвующие в транспорте электронов и синтезе АТФ (окислительное фосфорилирование). Внешняя мембрана митохондрий содержит ферменты общего пути катаболизма. Мембрана лизосомы: • отграничивает ферменты гидролазы от цитозоля, предохраняя клетку от автолиза; • обеспечивает поддержание в лизосоме кислой среды (рН-5,0), необходимой для действия гидролаз; • осуществляет эндоцитоз (фагоцитоз). Ядерная мембрана: • состоит из внешней и внутренней мембран; • отграничивает генетический материал (ДНК) от цитозоля; • имеет поры, позволяющие РНК проникать из ядра в цитоплазму; • регуляторным белкам - из цитозоля в ядро. Рецепторная функция мембран, внутриклеточные пути проведения сигнала Рецепторная функция мембран обеспечивает взаимодействие клетки с микроокружением; участие клетки в реакциях ткани, органа; участие ядра, органелл в формировании реакции клетки на воздействии. Информационные сигналы, которые воздействуют на цитоплазматическую мембрану и вызывают значимые изменения в деятельности клетки, можно сгруппировать в три группы: 1. Изменение потенциала мембраны. 2. Изменение напряжение билипидного слоя мембраны или цитоскелета клетки. 3. Сигнальные молекулы (лиганды). Классификация мембранных рецепторов По локализации делятся на цитоплазматические и ядерные. По механизму развития событий рецепторы делятся на ионотропные и метаботропные. Ионотропные рецепторы относят к быстроотвечающим рецепторам, ответ в течение миллисекунд. Формируются интегральными белками, имеют несколько субъединиц. Содержат субъединицу, имеющую центр связывания для сигнальной молекулы. Центры связывания для сигнальной молекулы у ионотропных рецепторов делятся на: потенциалзависимые сенсоры; механозависимые сенсоры; сенсоры для внеклеточных и внутриклеточных лигандов. Метаботропные рецепторы - медленноотвечающие (секунды, минуты, часы). Метаботропные рецепторы делятся на две большие группы: рецепторы, связанные с ионными каналами. Изменение проницаемости ионных каналов реализуется через вторые посредники; рецепторы, не связанные непосредственно с мембранными каналами. Рецепторы, не связанные непосредственно с мембранными каналами делятся на: 1. Рецепторы, связанные с G-белком. К этой группе относится большая часть рецепторов. 2. Каталитические рецепторы: - с собственной гуанилитциклазной активностью. К ним относятся рецепторы, обладающие способностью реализовывать сигнал через цГМФ опосредованный путь; - с собственной тирозинкиназной активностью. К ним относятся рецепторы к инсулину, активация которых вызывает фосфорилирование различных групп внутриклеточных белков, которые, меняя свою биологическую активность, вызывают широкий спектр реакций, присущих инсулину. 3. Рецепторы, освобождающие факторы транскрипции. Находятся в мембранах цитоплазмы и эндоплазматического ретикулума. При активации от них протеолитическими ферментами цитозоля отщепляется пептидный фрагмент, который, попадая в ядро клетки, запускает транскрипцию соответствующего гена. 4. Ядерные рецепторы. Белки-рецепторы стероидных гормонов - факторы транскрипции. Каждый рецептор имеет область для связывания лиганда и участок, взаимодействующий с ДНК. Вторые посредники (мессенджеры) передачи сигнала в клетке. В настоящее время ко вторым посредникам относят цАМФ, цГМФ, ДАГ, ИФ 3 , ионы Са ++ Вторые посредники: • оказывают воздействие на несколько групп протеинкиназ; • изменяют активность нескольких групп фосфодиэстераз; • способны непосредственно влиять на активность некоторых ионных каналов. цАМФ: • активируют протеинкиназу А (цАМФ-зависимую протеинкиназу); • активирует фосфодиэстеразу, катализирующую цГМФ. Уровень цАМФ определяется соотношением активности протеинкиназы А и фосфосфодиэстеразы, гидролизующей цАМФ. Значительное влияние на активность цАМФ оказывают производные арахидоновой кислоты. цГТФ: • активируют протеинкиназу G (цГМФ-зависимую протеинкиназу); • активируют фосфодиэстеразу, катализирующую цАТФ; • изменяют проницаемость ионных каналов (Na+ каналы и др.). Инозитол-1, 4, 5-трифосфат (ИФ 3 ). Инозитол-1, 4, 5-трифосфат (ИФ 3 ) или (ИТФ) способен связываться с кальциевыми каналами мембран цитоплазмы, эндоплазматического ретикулума и повышать их проницаемость. По градиенту концентрации Са ++ входит в клетку через эти каналы, концентрация кальция в цитоплазме возрастает. Диацилглицерол (ДАГ). Диацилглицерол (ДАГ) за счет латеральной диффузии активирует мембранносвязанный фермент - протеинкиназу С (ПК-С). Кальций (Са ++ ). Кальций, находясь в ионизированном состоянии: • активирует фосфолипазу С; • наряду с ДАГ, Са ++ является активатором протеинкиназы С; • связывает с кальмодулином; активирует кальмодулинзависимые протеинкиназы. 11. Трансмембранный обмен… Осуществляется за счет 2-х процессов: -диффузии и осмоса. Осмос - когда через мембрану движется растворитель из зоны с меньшей концентрацией в зону с большей концентрацией. Осмос поддерживает объем и форму клетки. Диффузия - процесс проникновения веществ, растворимых в воде, по градиенту концентрации. Движущая сила при этом - разность концентраций. Простая диффузия осуществляется либо через поры, которые есть в гидрофильных участках мембраны (фенестры, окна), либо через кинки - постоянно образующиеся временные дефекты мембраны. Простая диффузия не требует энергетических затрат, происходит за счет разности концентраций и осуществляется периодически, когда возникает разная концентрация. Облегченная диффузия – ускоряет и усиливает перенос из зоны с большей концентрацией в зону с меньшей концентрацией по сравнению с простой диффузией. Она широко распространена в организме, так как хотя и сопровождается дополнительными энергетическими затратами, но не приводит к серьезным затратам энергии. Облегченная диффузия - осуществляется за счет специфических переносчиков, создает условия для транспорта натрия, калия, хлора, моносахаридов, т.е. для некрупных молекул. Различают 2 вида переносчиков: 1.Переносчики - белки, которые тем или иным способом переносят вещества через мембрану – за счет конформации (пространственного преобразования) молекул переносчика (сальтообразно). 2.Белки, которые образуют постоянные каналы, диаметр 0,3-0,6 нм, (так переносятся ионы натрия, калия, хлора). Активный транспорт - транспорт веществ через мембрану, который осуществляется против градиента концентрации и требует значительных затрат энергии. Одна треть основного обмена тратиться на активный транспорт. Активный транспорт бывает: 1. Первично-активый - такой транспорт, для обеспечения которого используется энергия макроэргов - АТФ, ГТФ, креатинфосфат. Например: Калиево-натриевый насос - важная роль в процессах возбудимости в клетке. Он вмонтирован в мембрану. Калиево-натриевый насос - фермент калий-натриевая АТФаза. Этот фермент - белок. Он существует в мембране в виде 2-х форм: -Е 1, Е 2 В ферментах существует активный участок, который взаимодействует с калием и с натрием. Когда фермент находится в форме Е 1, его активный участок обращен внутрь клетки и обладает высоким сродством к натрию, а значит способствует его присоединению (3 атома Na). Как только натрий присоединяется, происходит конформация этого белка, которая перемещает 3 атома натрия через мембрану и с наружной поверхности мембраны натрий отсоединяется. При этом происходит переход фермента из формы Е 1 в Е 2. Е 2 имеет активный участок, обращенный к наружной поверхности клетки, обладает высоким сродством к калию. При этом 2 атома К присоединяется к активному участку фермента, изменяется конформация белка и калий перемещается внутрь клетки. Это происходит с большой затратой энергии, так как фермент АТФаза постоянно расщепляет энергию АТФ. 2. Вторично-активный - это транспорт, который осуществляется тоже против градиента концентрации, но на это перемещение тратится не энергия макроэргов, а энергия электрохимических процессов, которая возникает при движении каких-либо веществ через мембрану при первично-активном транспорте. Например: Сопряженный транспорт натрия и глюкозы, энергия - за счет перемещения натрия в калиево- натриевом насосе. Классическим примером вторично-активного транспорта выступает натрий – Н (аш)-обменник - когда обмениваются натрий и водород (это тоже вторично-активный транспорт). Способы транспортировки через мембрану: 1. Унипорт - это такой вид транспорта веществ через мембрану, когда переносчиком или каналом транспортируется одно вещество (Na-каналы) 2. Симпорт - это такой вид транспорта, когда 2 или более веществ в своем транспорте через мембрану взаимосвязаны и транспортируются вместе в одном направлении. (Na и глюкоза - в клетку) Это вид сопряженного транспорта 3. Антипорт - такой сопряжѐнный вид транспорта, когда его участники друг без друга не могут транспортироваться, но потоки идут навстречу друг другу (К-Na-насос-активный вид транспорта). Эндоцитоз, экзоцитоз - как формы транспорта веществ через мембрану. 12. Ионные каналы… Ионный канал состоит из нескольких субъединиц, их количество в отдельном ионном канале составляет от 3 до 12 субъединиц. По своей организации субъединицы, входящие в канал, могут быть гомологичными (однотипными), ряд каналов сформирован разнотипными субъединицами. Каждая из субъединиц состоит из нескольких (три и более) трансмембранных сегментов (неполярные части, закрученные в α-спирали), из вне- и внутриклеточных петель и концевых участков доменов (представлены полярными областями молекул, формирующих домен и выступающих за пределы билипидного слоя мембраны). Каждый из трансмембранных сегментов, вне- и внутриклеточных петель и концевых участков доменов выполняет свою функцию. Так, трансмембранный сегмент 2, организованный в виде α-спирали, определяет селективность канала. Концевые участки домена выступают в качестве сенсоров к вне- и внутриклеточным лигандам, а один из трансмембранных сегментов играет роль потенциалзависимого сенсора. Третьи трансмембранные сегменты в субъединице ответственны за работу воротной системы каналов и т.д. Ионные каналы работают по механизму облегченной диффузии. Движение по ним ионов при активации каналов идет по градиенту концентрации. Скорость перемещения через мембрану составляет 10 ионов в секунду. |