Физиология это наука о жизнедеятельности человеческого организма, о деятельности его отдельных органов и систем органов. Физиология для медицины
 Скачать 0.56 Mb.
|
|
Вторые посредники (мессенджеры) передачи сигнала в клетке. В настоящее время ко вторым посредникам относят цАМФ, цГТФ, ДАГ, ИФ3, 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 (ИФ3). Инозитол-1, 4, 5-трифосфат (ИФ3) 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. 6. Трансмембранный обмен, его виды. Простая и облегченная диффузия. Унипорт, симпорт, антипорт. Белки-переносчики. Сопряженный транспорт. Активный транспорт, его виды и особенности. Трансмембранный обмен осуществляется за счет2-х процессов: ДИФФУЗИЯ и ОСМОС О́смос — процесс односторонней диффузии через полупроницаемую мембрану молекул растворителя 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 – это самопроизвольное перемещение вещества из мест с большей концентрацией в места с меньшей концентрацией вследствие хаотического теплового движения частиц. 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. Осуществляется за счет специфических переносчиков, создает условия для транспорта натрия, калия, хлора, моносахаридов, т.е. для некрупных молекул. 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 сопряжённый вид транспорта, когда его участники друг без друга не могут транспортироваться, но потоки идут навстречу друг другу (К-Na-насос-активный вид транспорта). Белки-переносчики. 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. 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). 7. Ионные каналы, их строение, свойства и роль. Классификация ионных каналов. Потенциалзависимые каналы, их основные элементы и роль. Рецепторзависимые ионные каналы, их виды и свойства. Лигандзависимые ионные каналы, их роль. Натриевые, калиевые, кальцийзависимые и анионные каналы, их строение и роль. Ионообменники. Ионные насосы. Ио́нные кана́лы — порообразующие белки, поддерживающие разность потенциалов, которая существует между внешней и внутренней сторонами клеточной мембраны всех живых клеток. Относятся к транспортным белкам. С их помощью ионы перемещаются согласно их электрохимическим градиентам сквозь мембрану. Через ионные каналы проходят ионы Na+, K+ , Cl− и Ca2+. Из-за открывания и закрывания ионных каналов меняется концентрация ионов по разные стороны мембраны и происходит сдвиг мембранного потенциала. Строение. В ионном канале выделяют несколько участков: 1) активационные и инактивационные ворота - особые участки белка, которые, изменяя свою конфигурацию, переводят канал из открытого состояния в закрытое; 2) ионный фильтр - место связывания с ионами, которые пропускает данный канал, при этом канал характеризуется селективностью (способность пропускать только один вид ионов); 3) рецепторы - участки белка, которыми канал связывается с различными регуляторными молекулами; 4) участок модификации - особая часть белка, которая чаще всего подвергается реакции фосфорилирования-дефосфорилирования, что изменяет пропускную способность канала. Вокруг главной субъединицы канала располагается система из нескольких субъединиц, которые формируют участки для взаимодействия с мембранными регуляторными белками, различными медиаторами, а также фармакологически активными веществами. Классификация ионных каналов по их функциям: 1) по количеству ионов, для которых канал проницаем, каналы делят на селективные (проницаемы только для одного вида ионов) и неселективные (проницаемы для нескольких видов ионов); 2) по характеру ионов, которые они пропускают на Na+, Ca++, Cl-, K+-каналы; 3) по способу регуляции делятся на потенциалзависимые и потенциалнезависимые Потенциалнезависимые каналы реагируют не на изменение мембранного потенциала, а на взаимодействие рецепторов, с которыми они взаимосвязаны, и их лигандов. Так, Cl--каналы связаны с рецепторами g-аминомасляной кислоты и при взаимодействии этих рецепторов с ней они активируются и обеспечивают ток ионов хлора в клетку, вызывая ее гиперполяризацию и снижение возбудимости. .Потенциалзависимые каналы реагируют на изменение потенциала мембраны клетки, и при достижении потенциалом определенной величины, канал переходит в активное состояние, начиная пропускать ионы по их градиенту концентрации. Так, натриевые и быстрые кальциевые каналы являются потенциал зависимыми, их активация происходит при снижении мембранного потенциала до -50-60 мВ, при этом ток ионов Na+ и Ca++ в клетку вызывает падение потенциала покоя и генерацию ПД. Калиевые потенциалзависимые каналы активируются при развитии ПД и, обеспечивая ток ионов К+ из клетки, вызывают реполяризацию мембраны. Потенциалуправляемый канал состоит из: * поры, заполненной водой; * устья; * селективного фильтра; * активационных и инактивационных ворот; * сенсора напряжения. К+-каналы Калиевые каналы (внутренний диаметр 0,30 нм) имеются в цитоплазматических мембранах, обнаружено значительное количество каналов "утечки" калия из клетки. В состоянии покоя они открыты. Через них в состоянии покоя происходит "утечка" калия из клетки по градиенту концентрации и электрохимическому градиенту. Этот процесс обозначается как выходящий калиевый ток, который приводит к формированию потенциала покоя мембраны (-70-80 мВ). Эти калиевые каналы можно лишь условно отнести к потенциалзависимым. При изменении мембранного потенциала в процессе деполяризации происходит инактивация калиевого тока. При реполяризации через потенциалзависимые каналы формируется входящий К+ ток, который получил название К+ ток задержанного выпрямления. Еще один тип потенциалзависимых К+-каналов. По ним возникает быстрый выходящий калиевый ток в подпороговой области мембранного потенциала (положительный следовой потенциал). Инактивация канала происходит за счет следовой гиперполяризации. Другой тип потенциалзависимых калиевых каналов активируется только после предварительной гиперполяризации, он формирует быстрый транзиторный калиевый ток, который быстро инактивируется. Ионы кальция облегчают открытие потенциалзависимых калиевых каналов, изменяя параметры реагирования. Са+-каналы. Потенциалуправляемые каналы вносят существенный вклад как в регуляцию входа кальция в цитоплазму, так и в электрогенез. Белки, образующие кальциевые каналы, состоят из пяти субъединиц (al, a2, b, g, d). Главная субъединица al формирует собственно канал и содержит места связывания для различных модуляторов кальциевых каналов. Было обнаружено несколько структурно различных al субъединиц кальциевых каналов в нервных клетках млекопитающих (обозначенных как А, В, С, D и Е). Функционально кальциевые каналы различных типов отличаются друг от друга активацией, кинетикой, проводимостью одиночного канала и фармакологией. В клетках описано до шести типов потенциалуправляемых кальциевых каналов (Т-, L-, N-, P-, Q-, R- каналы). Активность потенциалуправляемых каналов плазмалеммы регулируется различными внутриклеточными вторич-ными посредниками и мембранно-связанными G-белками. Кальциевые потенциалзависимые каналы обнаружены в большом количестве в цитоплазматических мембранах нейронов, миоцитах гладких, поперечно-полосатых и сердечных мышц и в мембранах эндоплазматического ретикулума. Для всех кальциевых каналов характерна медленная активация и медленная инактивация по сравнению с натриевыми каналами. При деполяризации мышечной клетки (выпячивания цитоплазматических мембран - Т-трубочки подходят к мембранам эндоплазматического ретикулума) происходит потенциалзависимое открытие кальциевых каналов мембран саркоплазматического ретикулума. Так как, с одной стороны, концентрация кальция в СПР велика (депо кальция), а концентрация кальция в цитоплазме низка, а с другой - площадь мембраны СПР и плотность кальциевых каналов в ней велики, то уровень кальция в цитоплазме увеличивается в 100 раз. Такое увеличение концентрации кальция инициирует процесс сокращения миофибрилл. Кальциевые каналы в кардиомиоцитах находятся в цитоплазматической мембране и относятся к кальциевым каналам L-типа. Активируются при потенциале мембраны +20-40 мВ, формируют входящий кальциевый ток. Длительно находятся в активированном состоянии, формируют "плато" потенциала действия кардиомиоцита. Рецепторуправляемые ионные каналы. Лигандуправляемые (лигандзависимые) ионные каналы. Лигандуправляемые ионные каналы являются подвидом рецепторуправляемых каналов и всегда совмещены с рецептором к биологически активному веществу (БАВ). Рецепторы рассматриваемых каналов относятся к ионотропному типу мембранных рецепторов, при взаимодействии которых с БАВ (лиганды) возникают быстропротекающие реакции. Лигандуправляемый ионный канал состоит из: * поры, заполненной водой; * селективного фильтра; * активационных ворот; * центра связывания лиганда (рецептор). Высокоэнергетически активное БАВ обладает высоким сродством (аффинитетом) к определенному виду рецепторов. При активации ионных каналов происходит перемещение определенных ионов по градиенту концентрации и электрохимическому градиенту. Натрий, калиевая АТФаза. Натрий, калиевая АТФаза играет важнейшую роль в поддержании гомеостаза натрия и калия во внутри- и внеклеточной среде: * поддерживает высокий уровень К+ и низкий уровень Na+ в клетке; * участвует в формировании мембранного потенциала покоя, в генерации потенциала действия; * обеспечивает Na+ сопряженный транспорт большинства органических веществ через мембрану (вторично-активный транспорт); * существенно влияет на гомеостаз Н2О. Натрий, каливая АТФаза вносит наиболее важный вклад в формирование ионной асимметрии во вне- и внутриклеточных пространствах. Поэтапная работа натрий, калиевого насоса обеспечивает неэквивалентный обмен калия и натрия через мембрану. Существуют два семейства Са2+-насосов, ответственных за устранение ионов Са2+ из цитоплазмы: Са2+-насосы плазмалеммы и Са2+-насосы эндоплазматического ретикулума. Хотя они относятся к одному семейству белков (так называемому Р-классу АТФаз), эти насосы обнаруживают некоторые различия в строении, функциональной активности и фармакологии. Активность Са2+-насоса плазмалеммы контролируется непосредственно Са2+: увеличение концентрации свободного кальция в цитозоле активирует Са2+-насос. В покое диффузия через кальциевые ионные каналы почти не происходит. Са-АТФаза транспортирует Са из клетки во внеклеточную среду против его концентрационного градиента. По градиенту Са+ поступает в клетку благодаря диффузии через ионные каналы. В мембране эндоплазматического ретикулума также содержится большое количество Са++-АТФазы. Кальциевый насос эндоплазматического ретикулума (SERCA) обеспечивает удаление кальция из цитозоля в эндоплазматический ретикулум - "депо" кальция за счет первично активного транспорта. В депо кальций связывается с кальцийсвязывающими белками (кальсеквестрином, кальретикулином и др.). Увеличение Са2+ в цитозоле активирует захват ионов кальция в эндоплазматический ретикулум, в то время как увеличение свободного кальция внутри эндоплазматического ретикулума ингибирует насосы SERCA. При помощи этого насоса (в результате гидролиза одной молекулы АТФ) в обкладочных (париетальных) клетках слизистой желудка происходит транспорт двух ионов калия из внеклеточного пространства в клетку и двух ионов Н+ из цитозоля во внеклеточное пространство при гидролизе одной молекулы. Этот механизм лежит в основе образования соляной кислоты в желудке. Анионные каналы. Наибольшее количество в мембране клетки каналов для хлора. В клетке меньше ионов хлора по сравнению с межклеточным окружением. Поэтому при открытии каналов хлор входит в клетку по градиенту концентрации и электрохимическому градиенту. Количество каналов для НСО3 не столь велико, объем транспорта этого аниона через каналы существенно меньше Ионные обменники. В мембране имеются ионные обменники (белки-переносчики), которые осуществляют облегченную диффузию ионов, т.е. ускоренное сопряженное перемещение ионов через биомембрану по градиенту концентрации, такие процессы являются АТФ-независимыми. Наиболее известны Na+-H+, K+-H+, Ca2+-H+ обменники, а также обменники, обеспечивающие обмен катионов на анионы Na+-HCO-3, 2CI-Са2+ и обменники, обеспечивающие обмен катиона на катион (Na+ -Са2+) или аниона на анион (Сl- НСOз). Ионный насос класс F. Митохондриальная АТФаза. Катализирует конечный этап синтеза АТФ. Крипты митохондрий содержат АТФ-синтазу, сопрягающую окисление в цикле Кребса и фосфорилирование АДФ до АТФ. |