Блок 1 Вопрос 1 Возбудимые ткани
 Скачать 6.33 Mb.
|
|
Блок 1 Вопрос 1 : Возбудимые ткани Понятия «раздражимость», «возбудимость» биологических структур. Понятия «ткани», «возбудимые ткани», «невозбудимые ткани». Свойства возбудимых клеток и тканей. Лабильность возбудимых структур по Н.Е.Введенскому. Рефрактерность возбудимых структур 1) Раздражимость-способность клеток, тканей, организма в целом переходить под действием факторов внешней или внутренней среды из состояния физиологического покоя в состояние активности. Возбудимость – это способность живой ткани отвечать на раздражение активной специфической реакцией – возбуждением, т.е. генерацией нервного импульса, сокращением, секрецией. 2) Ткань — система клеток и межклеточного вещества, объединённых общим происхождением, строением и выполняемыми функциями. Возбудимые ткани - это ткани, котоpые способны воспpинимать действие pаздpажителя и отвечать на него пеpеходом в состояние возбуждения К возбудимым тканям относятся тpи вида тканей - это неpвная, мышечная и железистая Невозбудимые – эпителиальная и соединительная. Клетки этих тканей не генерируют потенциалы действия при действии на них раздражителя 3)Возбудимые ткани и их основные свойства Общими свойствами возбудимых тканей являются: 1.Раздpажимость-это способность клетки, ткани или оpгана воспpинимать действие pаздpажителя изменением метаболизма, стpуктуpы и функций 2.Возбудимость-это способность клетки, ткани или оpгана отвечать на действие pаздpажителя пеpеходом из состояния функционального покоя в состояние физиологической активности 3.Пpоводимость-это способность пpоводить возбуждение 4.Память-то способность фиксиpовать изменения функционального состояния клетки, ткани, оpгана и оpганизма на молекуляpном уpовне К частным свойствам возбудимых тканей относятся: 1.Сокpатимость - способность мышечных стpуктуp изменять длину или напpяжение в ответ на возбуждение 2.Секpетоpная деятельность - это способность выделять медиатоp или секpет в ответ на возбуждение 3.Автоматия - это способность самостоятельно возбуждаться, то есть возбуждаться без действия pаздpажителя или пpиходящего неpвного импульса 4) Лабильность, или функциональная подвижность (Н.Е.Введенский) - это скорость протекания одного цикла возбуждения, т.е. ПД. Как видно из определения, лабильность ткани зависит от длительности ПД. Это означает, что лабильность, как и ПД, определяется скоростью перемещения ионов в клетку и из клетки, которая, в свою очередь, зависит от скорости изменения проницаемости клеточной мембраны. Особое значение при этом имеет длительность рефракторной фазы: чем больше рефракторная фаза, тем ниже лабильность ткани. Мерой лабильности является максимальное число ПД, которое ткань может воспроизвести в 1 с 5) рефрактерность – временное снижение возбудимости одновременно с возникшим в ткани возбуждением. Рефрактерность бывает абсолютной (нет ответа ни на какой раздражитель) и относительной (возбудимость восстанавливается, и ткань отвечает на подпороговый или сверхпороговый раздражитель); Вопрос 2: Биологическая мембрана. Понятие «биологическая мембрана». Концептуальная модель биологической мембраны. Предметные модели биологической мембраны. Свойства и функции биологических мембран. 1) Биомембрана- обобщающее понятие морфо-функциональных образований на границе биологических компартментов, имеющих общий план строения и функций. Структура, имеющая общий план строения – бислой фосфолипидов и включённые в него белки, отделяющая клетку от внешней среды и формирующая внутриклеточные органеллы (мембранные), обеспечивающая взаимодействие клетки и органелл с окружающей их средой. 2) В настоящее время общее признание получила жидкостно-мозаичная модель биомембраны Сингера и Николсона (1972 г.). Согласно этой модели, мембрана представлена бислоем фосфолипидных молекул, ориентированных таким образом, что гидрофобные концы молекул находятся внутри бислоя, а гидрофильные направлены в водную фазу В жидкостно-мозаичной модели, в центре которой находится представление о подвижности мембранных компонентов, мембрана рассматривается как некое липидное море, в котором свободно плавают глобулярные белки, окруженные аннулярными липидами. 3) Различают 2 основных типа – плоскую и сферическую (липосому). Плоскую бислойную липидную мембрану предложил в 1962 г. Мюллер. Она представляет собой саморганизующийся бислой фосфолипидов в отверстии тефлоновой пластинки (рис.409111026). Рис.409111026. Измерение электрических свойств билипидной модельной мембраны. Слева: Тефлоновый стакан (3) с отверстием (7), закрытым бислоем фосфолипидов. Сам стакан, содержащий водный раствор какого-либо вещества, помещён в другой сосуд (1), содержащий также водный раствор (5). С помощью электродов 2 и 4 можно проводить электрофизиологические измерения. Справа: Окно (7) при увеличении: фосфолипиды образовали плоскую модельную мембрану. Пример сферической модели биомембраны — липосомы — уже приводился выше. Повторим ещё раз: Что это такое? Пузырек в водном растворе (полярном растворителе) образованный бислоем фосфолипидов, содержащий внутри водный раствор. 3) 4)Функции биологических мембран: - барьерная - мембрана участвует в создании концентрационных градиентов, препятствуя свободной диффузии. -контроль транспорта веществ -рецепция сигналов и их передача -регуляторная функция- заключается в регуляции внутриклеточных процессов за счет рецепции внеклеточных биологически активных веществ (первых посредников) и запуску механизмов вторичных посредников (мессенджеров). -контактная функция- клеточной мембраны заключается в организации зон специфического или неспецифического контакта между клетками с образованием тканевой структуры. При этом в области контакта возможен обмен ионами, медиаторами, макромолекулами между клетками, или передача электрических сигналов. Свойства биомембраны: замкнутость, текучесть и асимметричность. -Замкнутость Мембраны всегда образуют замкнутые пространства. Плазматическая мембрана является внешней границей клетки, а также внутренних клеточных компартментов. -Асимметричность Внешняя и внутренняя поверхности мембраны различаются по составу липидов, белков и наличием гликокаликса на внешней поверхности мембраны. -Текучесть Липиды, белки и другие составляющие плазматической мембраны движутся в пределах слоя. Переходы между слоями называются flip-flop, происходят реже, чем в пределах слоя, что обеспечивает наличие свойства асимметричности. Переходы между слоями осуществляют ферменты транслокаторы фосфолипидов. Вопрос 3: Белки биологических мембран. Биохимическая классификация мембранных белков. Топологическая классификация мембранных белков. Свойства и функции мембранных белков 1) По биохимической классификации мембранные белки делятся на интегральные и периферические. -Интегральные мембранные белки прочно встроены в мембрану и могут быть извлечены из липидного окружения только с помощью детергентов или неполярных растворителей. По отношению к липидному бислою интегральные белки могут быть трансмембранными политопическими или интегральными монотопическими. -Периферические мембранные белки являются монотопическими белками. Они либо связаны слабыми связями с липидной мембраной, либо ассоциируют с интегральными белками за счёт гидрофобных, электростатических или других нековалентных сил. 2) По отношению к мембране мембранные белки делятся на -монотопические -политопические Монотопные белки пересекают мембрану один раз, политопные белки - несколько раз. Политопические, или трансмембранные, белки полностью пронизывают мембрану и, таким образом, взаимодействуют с обеими сторонами липидного бислоя. 3) - структурные белки обуславливают строение мембраны -рецепторная - участвуют в распознавании и присоединении веществ -антигенная - определяют специфику поверхности мембраны и её взаимодействие с окружающей средой -ферментативная - катализ метаболических процессов , изменение окружающего субстрата -транспортная - образование пор , перенос веществ через мембрану , транспорт электронов Вопрос 4: Везикулярный транспорт веществ через мембрану. Эндоцитоз (фагоцитоз, пиноцитоз, рецептор-опосредованный эндоцитоз) Экзоцитоз Трансцитоз 1) Эндоцито́з — процесс захвата внешнего материала клеткой, осуществляемый путём образования мембранных везикул. В результате эндоцитоза клетка получает для своей жизнедеятельности гидрофильный материал, который иначе не проникает через липидный бислой клеточной мембраны. Различают фагоцитоз, пиноцитоз и рецептор-опосредованный эндоцитоз. -Фагоцитоз - поглощение твёрдых частиц. Специализированные клетки, осуществляющие фагоцитоз, называются фагоцитами. -Пиноцитоз - поглощение жидкого материала (раствор, коллоидный раствор, суспензия). Часто при этом образуются очень мелкие пузырьки (микропиноцитоз). -Рецептор-опосредованный эндоцитоз — активный специфический процесс, при котором клеточная мембрана выпучивается внутрь клетки, формируя окаймлённые ямки. 2) Экзоцитоз- клеточный процесс, при котором внутриклеточные везикулы (мембранные пузырьки) сливаются с внешней клеточной мембраной. При экзоцитозе содержимое секреторных везикул (экзоцитозных пузырьков) выделяется наружу, а их мембрана сливается с клеточной мембраной. Практически все макромолекулярные соединения (белки, пептидные гормоны и др.) выделяются из клетки этим способом. 3) Трансцитоз — процесс, который характерен для некоторых типов клеток, объединяющий признаки экзоцитоза и эндоцитоза. На одной поверхности клетки формируется эндоцитозный пузырек, который переносится к противоположному концу клетки и становится экзоцитозным пузырьком, выделяет свое содержимое в внеклеточное пространство (напр. сосуды). Процессы трансцитоза протекают активно в цитоплазме плоских клеток, выстилающих сосуды (эндотелиоцитах), особенно в капиллярах. В этих клетках пузырьки, сливаясь, способны образовывать временные трансцеллюлярные каналы, через которые могут транспортироваться водорастворимые молекулы. Вопрос 5: Транспорт веществ через мембрану без изменения архитектоники мембраны. Простая диффузия. Закон А.Фика. Облегчённая диффузия . Кинетика Михаэлиса-Ментен.(обозначения) Активный транспорт 1) Диффузия (diffusio лат. – разлитие) — это самопроизвольное перемещение молекул (частиц) из области с более высокой в область с более низкой концентрацией. В основе её — хаотичное тепловое движение данных молекул (частиц). Простую диффузию описывает закон Фика • где dm/dt – плотность потока вещества, • -D - коэффициент диффузии, • S – диффузионная поверхность, • dC – градиент концентрации, • dx – толщина мембраны 2) Кинетика облегченной диффузии подчиняется правилу Михаэлиса-Ментен облегчённая диффузия (через интегральные белки; скорость её, в отличие от скорости простой диффузии, возрастает до определённого значения, после достижения которого дальнейшее повышение градиента не вызывает изменения скорости диффузии) 3) Активный транспорт — перенос вещества через клеточную или внутриклеточную мембрану (трансмембранный А.т.) или через слой клеток (трансцеллюлярный А.т.), протекающий против градиента концентрации из области низкой концентрации в область высокой, т. е. с затратой свободной энергии организма. В большинстве случаев, но не всегда, источником энергии служит энергия макроэргических связей АТФ. Различные транспортные АТФазы, локализованные в клеточных мембранах и участвующие в механизмах переноса веществ, являются основным элементом молекулярных устройств — насосов, обеспечивающих избирательное поглощение и откачивание определенных веществ (например, электролитов) клеткой. Активный специфический транспорт неэлектролитов (молекулярный транспорт) реализуется с помощью нескольких типов молекулярных машин — насосов и переносчиков. Мембранный транспорт веществ различается также по направлению их перемещения и количеству переносимых данным переносчиком веществ: 1) Унипорт — транспорт одного вещества в одном направлении в зависимости от градиента · 2) Симпорт — транспорт двух веществ в одном направлении через один переносчик. · 3) Антипорт — перемещение двух веществ в разных направлениях через один переносчик. Унипорт осуществляет, например, потенциал-зависимый натриевый канал, через который в клетку во время генерации потенциала действия перемещаются ионы натрия. Симпорт осуществляет переносчик глюкозы, расположенный на внешней (обращенной в просвет кишечника) стороне клеток кишечного эпителия. Этот белок захватывает одновременно молекулу глюкозы и ион натрия и, меняя конформацию, переносит оба вещества внутрь клетки. При этом используется энергия электрохимического градиента, который, в свою очередью создается за счет гидролиза АТФ натрий-калиевой АТФ-азой. Антипорт осуществляет, например, натрий-калиевая АТФаза (или натрий-зависимая АТФаза). Она переносит в клетку ионы калия. а из клетки — ионы натрия. Вопрос 6: Сопряжённый транспорт веществ через биологические мембраны. Симпорт, антипорт. Пассивный котранспорт Первичноактивный транспорт. Вторичноактивный транспорт. 1)Симпорт — транспорт двух веществ в одном направлении через один переносчик. Антипорт — перемещение двух веществ в разных направлениях через один переносчик -Симпорт осуществляет переносчик глюкозы, расположенный на внешней (обращенной в просвет кишечника) стороне клеток кишечного эпителия. Этот белок захватывает одновременно молекулу глюкозы и ион натрия и, меняя конформацию, переносит оба вещества внутрь клетки. При этом используется энергия электрохимического градиента, который, в свою очередью создается за счет гидролиза АТФ натрий- калиевой АТФ-азой. -Антипорт осуществляет, например, натрий-калиевая АТФаза (или натрий-зависимая АТФаза). Она переносит в клетку ионы калия, а из клетки — ионы натрия. 2) Котранспорт – это транспорт иона или молекулы, сопряженный с переносом другого иона. Симпорт – одновременный перенос обеих молекул в одном направлении; антипорт – одновременный перенос обеих молекул в противоположных направлениях. Если транспорт не сопряжен с переносом другого иона, этот процесс называется унипортом. Котранспорт возможен как при облегченной диффузии, так и в процессе активного транспорта. 3) Первично-активный транспортшироко представлен в организме. Это калий-натриевый насос, натрий- водородный обменный механизм, натрий-кальциевый обменный механизм, кальциевый насос и т. д. Суть его состоит в том, что в мембране имеется переносчик, обладающий АТФ-азной активностью, т. е. он способен расщеплять АТФ и высвобождать энергию, которая и затрачивается на перенос вещества. Конкретно: калий- натриевый насос «выкачивает» из клетки ионы натрия, а «вкачивает» ионы калия (против градиента концентрации). Чтобы осуществить перенос натрия из клетки в среду, переносчик (калий-натриевая АТФ-аза) внутри клетки соединяется с ионами натрия, в результате активируется АТФ-азная активность переносчика, происходит гидролиз АТФ, это вызывает высвобождение энергии, в результате — переносчик каким-то образом (типа качели?) переносит натрий в среду. Здесь он теряет сродство к натрию, но приобретает сродство к калию и присоединяет его ионы. В результате — меняется конформация переносчика, и он (каким-то образом?) вновь возвращается к внутренней поверхности мембраны, внося в клетку ионы калия. Здесь вновь он теряет сродство к ионам калия, но приобретает сродство к ионам натрия, и цикл повторяется. Насос ингибируется уабаином (строфантинG). Конкретные механизмы работы наcocaеще во многом не ясны. 4) Вторично-активный транспорт.В основном представлен в энтероцитах, в эпителии почек. Суть его состоит в следующем (на примере переноса молекулы глюкозы). Молекула глюкозы должна войти в клетку, где ее концентрация намного выше, чем в среде. Для того, чтобы это произошло, необходимы затраты энергии. Но тратится энергия, которая ранее была затрачена на перенос натрия. Дело в том, что в этой клетке создаются за счет работы калий-натриевого насоса низкие концентрации натрия. При наличии высоких концентраций натрия в среде — натрий будет стремиться войти в клетку (по градиенту). Итак, молекула глюкозы присоединяется к специфическому переносчику, к которому подсоединяется ион натрия. В результате градиента концентрации (для натрия) этот «комбайн» (переносчик + глюкоза + ион натрия) переносится внутрь клетки, где глюкоза и натрий отщепляются от переносчика, а переносчик «уходит» вновь совершать свою работу. Натрий откачивается помпой, а глюкоза покидает клетку с другой стороны уже по градиенту концентрации (облегченная диффузия по типу «перенос с участием переносчика»). Вопрос 7: Трансмембранный потенциал возбудимой клетки. Понятия «мембранный потенциал» и «потенциал покоя». Опыты Л.Гальвани. Регистрация и измерение потенциала покоя. Электрогенез потенциала покоя. 1) Мембранный потенциал – это разность потенциалов, существующую между цитоплазмой и окружающим клетку наружным раствором. Потенциал покоя - это разность электрических потенциалов, имеющихся на внутренней и наружной сторонах мембраны, когда клетка находится в состоянии физиологического покоя. Его величина измеряется изнутри клетки, она отрицательна и составляет в среднем −70 мВ (милливольт), хотя в разных клетках может быть различной: от −35 мВ до −90 мВ. 2) Если к нервно-мышечному препарату приложить две соединенные между собой пластинки из различных металлов, например цинк-медь, таким образом, чтобы одна пластинка касалась мышцы, а другая нерва, то мышца будет сокращаться (первый опыт Гальвани) Второй (безметалловый) опыт Гальвани - на мышцу набрасывали дистальный отрезок нерва, который иннервирует эту мышцу, при этом мышца тоже сокращалась. 3 ) Как можно обнаружить мембранный потенциал покоя? Двумя способами: 1. методом повреждения 2. методом внутриклеточного отведения 1. Метод повреждения чаще используется при регистрации потенциала покоя на макропрепарате – мышце, нерве Рис. . Схема регистрации мембранного потенциала покоя методом повреждения на макропрепарате. Впервые таким способом регистрировали потенциал покоя в середине XIX века Дюбуа-Реймон (на срезе нерва) и Маттеучи (на срезе мышцы). Этот же метод лежит в основе второго опыта Гальвани, в этом случае мышечно-нервный препарат выполняет роль регистрирующего прибора. Методом повреждения достаточно точно измерить потенциал покоя невозможно. 2. Чтобы измерить потенциал покоя и тем более проследить его изменения, вызываемые каким-либо воздействием на клетку, применяют технику внутриклеточных микроэлектродов. Микроэлектрод представляет собой микропипетку, т.е. тонкий капилляр, вытянутый из стеклянной трубочки. Микропипетку заполняют солевым раствором, погружают в него металлический электрод (хлорированную серебряную проволочку) и соединяют с электроизмерительным прибором, снабженным усилителем постоянного тока. Микроэлектрод устанавливают над исследуемым объектом, например скелетной мышцей, а затем при помощи микроманипулятора - прибора, снабженного микрометрическими винтами, вводят внутрь клетки. При удачном введении микроэлектрода мембрана плотно охватывает его кончик и клетка сохраняет способность функционировать в течение нескольких часов, не проявляя признаков повреждения и тд… У различных клеток мембранный потенциал покоя варьирует от –50 до –90 мВ. 4) Значение потенциала покоя клетки определяется двумя основными факторами: 1. соотношением концентраций проникающих через покоящуюся поверхностную мембрану катионов и анионов 2. соотношением проницаемостей мембраны для этих ионов. Основным механизмом формирования потенциала покоя являются: 1. создание концентрационной асимметрии K+ при работе калий-натриевого насоса (калий- натриевой АТФазы) [1] 2. выход K+ из клетки по градиенту концентрации[2] Таким образом, в формировании потенциала покоя натриевый насос играет двоякую роль: 1) создает и поддерживает трансмембранный градиент концентраций Nа+ и K+; 2) генерирует разность потенциалов, суммирующуюся с потенциалом, создаваемым диффузией K+ по концентрационному градиенту. |