Биофизика. Биофизика мембран. Навчальнометодичний посібник для викладачів для проведення занять студентів зі спеціальностей 12010001 Лікувальна справа
 Скачать 6.62 Mb.
|
|
III. Обговорення основних питань теми за наступними питаннями30 хв. Наведіть класифікацію транспорта речовин у біомембранах. Поясніть основні відмінності полегшенної дифузії від вільної дифузії. Який вид транспорту описує рівняння Теорелла? Наведіть рівняння та вкажіть фізичні величини, які до нього входять. Вкажіть основні відмінності первинно- активного від вторинно- активного транспорту. Поясніть, у чому різниця між первинно – активним транспортом та електродифузією. Поясніть, яким чином працює Na+ - K+- насос. IV. Контроль знань (письмове опитування з теми) 15 хв. 1. Шляхом вільної дифузії проникають: А. полярні сполуки В. жиророзчинні речовини Б. водорозчинні речовини Г. гідрофільні сполуки Д. іонізовані речовини 2. До активного виду транспорту відносять: А. рух іонів через насоси В. рух глюкози в еритроцити Б. рух іонів через канали Г. надходження спиртів в клітку Д. переміщення речовин через бішар ліпідів 3. Натрій-калієвий насос за один цикл роботи: А. переносить з клітини 3 іона натрію і в клітку 2 іона калію Б. переносить з клітини 3 іона калію і в клітку 2 іона натрію В. переносить з клітини 3 іона натрію, а в клітку - 2 іона натрію Г. переносить з клітини 3 іона натрію і 2 іона калію Д. переносить в клітку 2 іона натрію і 2 калію 4. При русі натрію через канали: А. збільшується його концентрація всередині клітини Б. зменшується його концентрація всередині клітини В. збільшується його концентрація зовні клітини Г. збільшується його градієнт концентрації Д. зменшується перенесення іона насосом 5. Шляхом пасивного та активного транспорту через мембрану може надходити: А. вода В. спирт Д. кисень Б. вуглекислота Г. іони 6. Вкажіть вид транспорту, який здійснюється за допомогою переносників: А. електродіффузія В. вільна дифузія Д. екзоцитоз Б. полегшена дифузія Г. осмос 7. Яким класом хімічних речовин представлені мембранні переносники: А. вуглеводи В. жири Д. амінокислоти Б. ліпіди Г. білки 8. При полегшеної дифузії неелектролітів її швидкість: А. абсолютно нічим не обмежена Б. залежить тільки від градієнта концентрації В. обмежена числом переносників у мембрані Г. обмежена концентрацією АТФ у клітині Д. підтримується стабільною на деякому рівні 9. Рівняння, що описує вільну дифузію: А. рівняння Теорелла В. рівняння Нернста-Планка Б. рівняння Фіка Г. рівняння Міхаеліса Д. рівняння Нернста 10. Коефіцієнт проникності мембрани для речовин, які переміщуються через неї шляхом вільної дифузії, пропорційний добутку: А. довжини мембрани на її товщину Б. коефіцієнта дифузії на коефіцієнт розподілу В. коефіцієнта дифузії на товщину мембрани Г. коефіцієнта дифузії на ємність мембрани Д. коефіцієнта розподілу на товщину мембрани 11. Рівняння Нернста-Планка описує: А. убрану дифузію неелектролітів Б. дифузію ліпідорозчинним речовин В. величину електрохімічного потенціалу Г. мембранний потенціал нервової клітини Д. транспорт іонів через мембрану 12. Лікарський препарат є гідрофобним. Вкажіть найбільш вірогідний шлях його надходження в клітину: А. полегшена дифузія В. транспорт насосами Б. вільна дифузія Г. електродіффузія Д. осмос і фільтрація 13. Вкажіть напрямки переміщення через мембрану іонів калію шляхом активного і пасивного транспорту: А. за допомогою насосів назовні клітини, за допомогою каналів - усередину клітини Б. в результаті обох видів транспорту всередину клітини В. в результаті обох видів транспорту назовні клітини Г. за допомогою насосів всередину клітини, за допомогою каналів-назовні клітини Д. за допомогою насосів - в обох напрямках, через канали не транспортується. 14. Натрієві канали нервового волока за способом управління воротами є: А. потенціал залежні В. механозавісімимі Б. ліганзавісімимі Г. активаційними Д. інактіваціоннимі 15. Причиною феномена насичення при дифузії є: А. кінцеве число переносників речовини в мембрані Б. вирівнювання концентрації речовини по обидва боки мембрани В. інгібування транспорту специфічними речовинами Г. інвертування напрямки градієнта концентрації Д. насичення клітини транспортуються речовиною 16. В результаті роботи натрій-калієвого насоса концентрація натрію в клітині: А. зменшується В. не змінюється Д. не визначається Б. збільшується Г. вирівнюється 17. Шляхом вільної дифузії через мембрану проникають: А. амінокислоти В. іони Д. гази Б. глюкоза Г. білки 18. Пасивний вид транспорту супроводжується: А. виникненням градієнта речовини Б. використанням енергії метаболізму В. зменшенням градієнта речовини Г. виділенням вільної енергії Д. збільшенням градієнта речовини 19. В результаті роботи натрій-калієвого насоса: А. зменшується градієнт іонів натрію, а калію - не змінюється Б. зникає градієнт іонів натрію і калію В. збільшується градієнт іонів натрію і калію Г. градієнт натрію збільшується, а калію - знижується Д. градієнт калію збільшується, а натрію – знижується 20. Як транспортуються іони і глюкоза в ході їх симпорта: А. обидва зазначених речовини всередину клітини Б. іони натрію зсередини клітини, глюкоза - всередину В. іони натрію і глюкоза всередину клітини Г. іони натрію назовні, глюкоза всередину клітини Д. обидва зазначених речовини назовні клітини. V. Підведення підсумків заняття, домашнє завдання 10 хв.: Тема наступного заняття: «Мембранний потенціал спокою» Питання для підготовки до заняття: 1. Поняття про електричне поле. 2. Силова та енергетична характеристики електричного поля. 3. Мембранний потенцiал спокою нервового волокна, його вимірювання і величина. 4. Іонні механізми мембранного потенціалу спокою. 5. Рiвняння Нернста, його застосування для обчислення мембранного потенціалу спокою. 6. Рiвняння Гольдмана – Ходжкiна, його застосування для обчислення мембранного потенціалу спокою. ЛІТЕРАТУРА: 1. Основи біофізики / / Навчальний посібник для студентів медичного факультету - Запоріжжя, ЗДМУ, 2011. 2. Ємчик Л.Ф., Кміт Я.М. Медична і біологічна фізика- Львів: Світ, 2003.-с.197-212. ТЕМА ЗАНЯТТЯ 4: МЕМБРАННИЙ ПОТЕНЦІАЛ СПОКОЮ АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ: Електрична активність – це властивість живої матерії. Під час функціонування нервової, м'язової, залозевої тканин виявляються їх електричні властивості, які відображають фізіологічні процеси, що відбуваються в живому організмі. Вивчення біоелектричних потенціалов необхідне для розуміння фізико- хімічних процесів в живих системах та використовується в клініках з діагностичними цілями (електрокардірграфії, електроенцефалографії, електроміографії). Нині закономірності збудливості та гальмування, які виникають в клітинах і тканинах знаходять повне пояснення в рамках мембранної теорії. Таким чином, тема інтегрована з попередніми заняттями «Структура біологічних мембран», «Транспорт речовин у біомембранах» та наступним заняттям «Виникнення та розповсюдження потенціалу дії», а також з дисциплінами (насамперед, нормальна фізіологія), де вивчається фізіологія збудливих тканин. ЦІЛІ ЗАНЯТТЯ: Трактувати поняття «електричне поле», «електричний потенціал», «мембранний потенціал»; Обгрунтовувати причини винекнення мембранного потенціала спокою в клітині; Розраховувати мембранний потенціал спокою за рівняннями Нернста і Гольдмана- Ходжкіна – Каца; Аналізувати вплив різних зовнішніх факторів на величину мембранного потенціалу спокою. МАТЕРІАЛИ МЕТОДИЧНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ: 1. Матеріали для основної частини заняття: таблиці, схеми, малюнки, проблемні теоретичні питання зі збірника «Робочий зошит для самостійної роботи на практичних заняттях для студентів медичного факультету» 2. Матеріали для контролю знань: тестовіпитання для стандартизованого контролю знань студентів. 3. Матеріали для самопідготовки студентів: рекомендовані навчальні посібники, методичні вказівки для самостійної роботи студентів. ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ: Мембранний потенціал - різниця електричних потенціалів між її цитоплазмою і зовнішнім середовищем, джерелом якої є плазматична мембрана.У стані спокою внутрішня сторона плазматичної мембрани має негативний електричний потенціал по відношенню до її зовнішній стороні. Різниця потенціалів між ними становить у разних клітин від -30 мВ до -100 мВ. Іонні механізми мембранного потенціалу спокою: 1. Неравномірний вміст основних потенціалутворюючих іонів в цитоплазмі клітини і навколишнього її середовищі (завдяки роботі натрій - калієвого насоса в цитоплазмі підтримується висока концентрація іонів калію, а в навколишньому середовищі - іонів натрію). Крім того, всередині клітини переважають великі органічні аніони, синтезовані в клітці, які не проникають через плазматичну мембрану, а зовні - іони хлору. 2. Неоднакова проникність мембрани для основних потенціаутворюючих іонів (в спокої для різних іонів одно Pĸ+: РNa+: РСl- = 1: 0,04: 0,15). Калій прагне дифундувати через відповідні канали мембрани у напрямку зменшення своєї концентрації, тобто через зсередини клітини назовні. Більшість аніонів цитоплазми не в змозі проникати через мембрану. Тому вихід іонів калію з клітки створює в її цитоплазмі дефіцит позитивних зарядів, і перевагу аніонів. Негативний потенціал цитоплазми перешкоджає дифузії іонів калію з клітки назовні. В результаті встановлюється рівновага між потоками калію, які надходять в клітину і виходять з неї. 3. Робота натрій-калієвого насосу, який працює на утворення градієнту концентрації ионів калію і натрію. Різницю електричних потенціалів між цитоплазмою клітини і зовнішнім середовищем характеризує рівняння Нернста:  де [K+]i – концентрація іонів калию всередині клітини, [K+]0 – концентрація іонів калію зовні. Реальне значення мембранного потенціалу відрізняється від розрахункового. Виявилося, що причиною даного розбіжності є дифузія іонів натрію через мембрану. Хоча проникність мембрани для натрію в спокої значно менше, ніж для калію, вона все ж існує, а дифузний потік іонів натрію, спрямований всередину клітини, дещо зменшує величину мембранного потенціалу в порівнянні з потенціалом рівноваги для іонів калію. Більш точний математичний опис мембранного потенціалу спокою можна отримати, якщо виходити з того, що мембрана проникна для ионів натрію і хлору. Рівняння Гольдмана - Ходжкіна дає найбільш точний математичний опис величини мембранного потенціалу клітини, величина якого залежить від концентрація іонів калію, натрію і хлору в цитоплазмі клітини [K+]i, [Na+]i, [Cl-]i і зовнішньої средe [K+]0, [Na+]0, [Cl-]0 і проникності плазматичної мембрани Р для цих іонів. Найбільше значення для величини мембранного потенціалу в стані спокою мають іони калію, оскільки проникність мембрани до них в цьому стані найбільш велика. Значно менше роль іонів натрію. Іони хлору в більшості клітин розподіляються пасивно по обидві сторони мембрани відповідно до величини мембранного потенціалу, тому вони не відіграють істотної ролі в походженні потенціала спокою. Мембранний потенціал спокою грає важливу роль в життєдіяльності будь-якої клітини, так як його величина позначається на цілому ряді фізіологічних функцій. У нервових і м'язових клітин вона визначає рівень збудливості, тобто здатності відповідати на дію подразників. Величина потенціалу спокою може змінюватися під дією різних факторів. Зміщення цієї величини в позитивний бік називається деполяризацією мембрани, а в негативний - гиперполяризацией. І. Визначення актуальності, цілей заняття 5 хв. ІІ. Письмова самостійна робота студентів з «Робочим зошитом для студентів медичного факультету» 30 хв.: 1.Рассмотріте схеми мікроелектродну методу реєстрації мембранного потенціалу, представлену на рис.1 і дайте відповідь на питання: 1.1 Яка різниця потенціалів між мікроелектродами і референтним електродом, коли мікроелектрод знаходиться а) зовні клітинної мембрани0 мВ б) всередині клітини від’ємний.  Рис.1 Вкажіть причини відмінностей у випадках а і б. 2. На рис. 2 показані концентрації основних іонів всередині цитоплазми збудливою клітини і в навколишньому її середовищі.  Рис.2 2.1. Назовіте основні причини існування мембранного потенціалу спокою. 1. Існування мембранного потенціалу спокою обумовлено нерівномірним вмістом іонів в цитоплазмі клітини і навколишнього її середовищі (всередині клітини переважають великі органічні аніони, синтезовані в клітці, які не проникають через плазматичну мембрану і катіони калію, а зовні - іони хлору, катіони натрію.; 2. Плазматична мембрана клітини в стані спокою набагато більш проникна для іонів калію, ніж для іонів натрію. 3. Завдяки роботі натрій - калієвого насоса в цитоплазмі підтримується висока концентрація іонів калію, а в навколишньому середовищі - іонів натрію. 2.2. Діффузія яких іонів, в основному, обумовлює величину мембранного потенціалу спокою? Як це довести? Іони калію в цитоплазмі знаходяться у вільному стані і здатні дифундувати. Плазматична мембрана клітини в стані спокою набагато більш проникна для іонів калію, ніж для іонів натрію. Калій прагне дифундувати через відповідні канали мембрани у напрямку зменшення своєї концентрації, тобто зсередини клітини назовні. Більшість аніонів цитоплазми не в змозі проникати через мембрану. Тому вихід іонів калію з клітки створює в її цитоплазмі дефіцит позитивних зарядів, і перевага отримують аніони. Цим і пояснюється негативний потенціал цитоплазми по відношенню до зовнішнього середовища в стані спокою. Але в той же час негативний потенціал цитоплазми перешкоджає дифузії іонів калію з клітини назовні. Можна допустити, що в підсумку встановлюється рівновага між потоками калію, які надходять в клітину і виходять з неї. Мембранний потенціал врівноважує вплив різниці позаклітинної і внутрішньоклітинної концентрацій калію на дифузію цього іона. У цьому випадку мембранний потенціал клітини повинен бути близький до рівноважного потенціалу для іонів калію. 2.3. Розрахуйте величину мембранного потенціалу спокою по рівнянню Нернста, виходячи з концентрацій іонів калію всередині і зовні клітини, представлених на рис. 2.   III. Обговорення основних питань теми за наступними питаннями30 хв. Визначіть поняття «електричне поле», наведіть його основні характеристики. Поясніть, що називається «мембранним потенціалом»? Назвіть основні причини винекнення мембранного потенціалу. Поясніть, чім зумовлена величина мембранного потенціалу нервової клітини. Наведіть рівняння Гольдмана- Ходжкіна і поясніть, яку величину можна розрахувати з його допомогою. Розрахуйте мембранний потенціал спокою за рівнянням Нернста, якщо концентрація іонів калія зовні клітини становить 20 мМ, а усередені- 400 мМ. IV. Контроль знань (письмове опитування з теми) 15 хв. 1. Вкажіть приблизну величину мембранного потенціалу спокою нервового волокна: А. 70мВ В. 80мкВ Д.-75В Б.-80мкВ Г.-70мВ 2. Іонний механізм мембранного потенціалу спокою полягає в дифузії іонів: А. калію зсередини клітини назовні Б. калію зовні клітини всередину В. натрію і калію всередину клітини Г. натрію зсередини клітини назовні Д. натрію всередину клітини |