Биофизика. Биофизика мембран. Навчальнометодичний посібник для викладачів для проведення занять студентів зі спеціальностей 12010001 Лікувальна справа
 Скачать 6.62 Mb.
|
|
ПЛАН ТА ОРГАНІЗАЦІЙНА СТРУКТУРА ЗАНЯТТЯ: І. Визначення актуальності, цілей заняття 5 хв. ІІ. Письмова самостійна робота студентів з «Робочим зошитом для студентів медичного факультету» 30 хв.: 1. На рис. 1 показані різні рівні структурної організації скелетного м'яза. 1.1. Перечісліте рівні організації скелетного м'яза. Вкажіть структури, позначені на малюнку цифрами.(з посібника) 1.2. Назовіте особливості будови м'язової клітини, вкажіть їх роль. Відмінною рисою саркоплазми м'язового волокна є наявність у ній безлічі мітохондрій, що синтезують велику кількість АТФ. В саркоплазмі є також дві спеціалізовані мембранні системи: Т-система і саркоплазматичний ретикулум (всередині якого містяться у високій концентрації іони кальцію).У м'язі є два види скорочувальних білків: актин і міозин. Клітини мають велику кількість ядер. 1.3. Що таке саркомер? Опишіть молекулярну будову саркомера. Назвіть диски, що входять до складу саркомера. Саркомер - частина міофібрил (або м'язового волокна в цілому), яка лежить між двома сусідніми Z-мембранами. У покої в м'язовому волокні довжина саркомера складає близько 2,5 мкм.  Рис.1 2. На рис. 2 а і б представлені схеми будови відповідно актинового і міозинового міофіламентов. 2.1. Яку будову має актиновий філамент. Вкажіть деталі його будови, позначені цифрами. Актиновий філамент сформований з трьох білкових компонентів: актину (білок з М = 42000) і двох кальцій-чутливих регуляторних білків: тропоміозину і тропонину. У кожному актиновому філаменті дві молекули актину згорнуті, формуючи спіраль (1). Молекули тропомиозина (2) розташовані в жолобки, утвореному спірально закрученими молекулами актину і в стані спокою прикривають активні центри актинових молекул, запобігаючи взаємодія між ними і поперечними містками міозину.Молекули тропонина прилягають до поверхні молекул тропомиозина (3).  Рис.2 2.2. Яку будову має міозиновий філамент. Вкажіть деталі його будови, позначені цифрами. Міозінових філамент складається з молекул міозину (білок з М=500000). Кожна з цих молекул сформована шістьма поліпептидними ланцюгами: двома важкими (4) і чотирма легкими (5). Два важкі ланцюги згорнуті навколо один одного, формуючи подвійну спіраль. Один кінець кожної з важких ланцюгів згорнутий в грушовидну глобулярну структуру, звану головкою міозину (2). Їх складовими частинами є також чотири легкі ланцюги міозину. Головки міозину здатні в присутність актину каталізувати реакцію гідролізу АТФ. Подовжена частина спіралі називається хвостом (1). Частина спіралі кожної молекули міозину разом з головкою формує поперечний місток (3) . Двісті або більше молекул міозину, пов'язані разом, формують структуру миозинового філамента, причому хвости міозінових молекул направлені до середини саркомера, а головки орієнтовані так, що можуть сприяти руху Актинові ниток, з'єднаних з послідовними Z-пластинками, в протилежних напрямках. 2.3.Яка роль білків тропоніна і тропомиозина в здійсненні скорочення м'язового волокна. Молекули тропонина прилягають до поверхні молекул тропомиозина і мають велику спорідненість до іонів кальцію. При взаємодії тропонина з іонами кальцію його молекула змінює свою конформацію так, що як би заштовхує тропомиозин глибше в жолобок між двома Актинові молекулами. При цьому відкриваються активні центри актинових філаментів, і відбувається прикріплення до них поперечних містків міозину, що призводить до скорочення м'язів. 3.На рис. 3 відображено взаємне розташування актинових і міозинових філаментів в м'язовому волокні.  Рис.3 3.1.Назвіть структурні частини міозинового і актинового філамента, які безпосередньо беруть участь у м'язовому скороченні. Тропонін, тропоміозин, активний центр, розташований на актиновому волокні. Головка і поперековий місток міози нового волокна. 3.2. Розкажіть про роль іонів кальцію в ініціації взаємодії між актиновими і міозиновими міофибриллами. При збуджені м'язового волокна з саркоплазматичного ретикулуму виходять у великій кількості іони кальцію. Вони зв'язуються з молекулами тропонина, викликаючи конформаційні перебудови їх структури. Це призводить до зміни взаємодії між тропоніна-тропомиозина і молекулами актину. В результаті активні центри актиновой спіралі стають відкритими і здатними взаємодіяти з поперечними містками міозину, що і запускає м'язове скорочення. 4. На рис. 4 схематично представлена роль поперекових містків міозинових філаментів в здійсненні м'язового скорочення. 4.1. Вкажіть частини саркомера і міозинових філаментів, позначені цифрами. 2 – міозиновий філамент, 3 – актиновий філамент,4 – поперековий місток, 5 головка міози нового філаменту. 4.2. Опишіть процес «ковзання» актинових ниток вздовж міозінових. При скороченні м'язового волокна актинові філаменти підтягуються в проміжки між міозіновимі філаментами так, що починають перекривати їх практично на всьому протязі саркомера. Z-мембрани підтягуються актинові філаментах до кінців міозінових філаментів. Таким чином, скорочення м'яза здійснюється за механізмом "ковзаючих ниток". У результаті довжина кожного саркомера і м'язи в цілому зменшується. Чи потребує описаний процес витрати енергії? У який момент витрачається енергія в процесі ковзання актинових ниток вздовж міозинових? У цьому процесі витрачається вільна енергія, яка вивільняється в результаті гідролізу молекули АТФ. Енергія потрібна для від’єднання головки міозинового філаменту від акти нового.  Рис.4 5. На рис. 5 а представлений одночасний запис потенціалу дії і скорочення м'язового волокна, а на рис. 5 (б-г) - схема послідовності процесу збудження-скорочення м'язового волокна. Розгляньте малюнок і дайте відповідь на питання. 5.1. Вкажіть позначені цифрами ділянки м'язового волокна. 5.2. Яку величину має мембранний потенціал сарколемми на рис. 5б? Чи відбувається при цьому скорочення саркомера? -90 мВ. Скорочення саркомеру не відбувається. 5.3. Опишіть послідовно події, які відбуваються при поширенні в потенціалу дії (мал. 5в)? 1. М'язове волокно активується імпульсами, що приходять по нервовому волокну. 2. При порушенні м'язового волокна в його плазматичною мембрані виникає потенціал дії. 3. Потенціал дії деполяризує мембрану м'язи і переміщається уздовж неї так само, як потенціал дії переміщається уздовж мембрани нервового волокна. 4. Деполяризація мембрани переміщається вглиб м'язового во-локна по канальцях Т-системи і саркоплазматичного ретикулуму. Це викликає вивільнення з саркоплазматичного ретикулуму через потенціал-залежні кальцієві канали великої кількості іонів кальцію в саркоплазму.  Рис.5 5.4. Чому під час потенціалу дії кальцій поступає в саркоплазму? Тому що кальцієві канали є потенціал залежними. При певному значенні потенціалу відбувається процес електродифузії. 5.5. Максимальну концентрацію іони кальцію в сарколеммі мають в кінці потенціалу дії (рис.5 г). Яка в цей час буде інтенсивність скорочення волокна? Співвіднесіть свою відповідь з рис. 5а. Інтенсивність скорочення буде максимальною. 5.6. Яке умова припинення скорочення м'язового волокна? Як досягається його виконання? Видалення іонів кальцію з саркоплазми призводить до припинення скорочення. Іони кальцію відкачуються з саркоплазми в саркоплазматичний ретикулум шляхом активного транспорту (роботи кальцієвого насоса). 6. Укажіте номерами правильну послідовність подій при здійсненні м'язового скорочення: _3___вивільнення з саркоплазматичного ретикулуму через потенціалзалежні кальцієві канали іонів кальцію. __2__поширення деполяризації мембрани по канальцях Т-системи до саркоплазматичного ретикулуму. __1__активація м'язового волокна імпульсами, що приходять по аксонах мотонейронів зі спинного мозку; ___4__ініціація іонами кальцію взаємодії між Актинові і міозіновимі філаментах, ___5__відкачування іонів кальцію з саркоплазми в саркоплазматический ретикулум кальцієвим насосом. III.Обговорення основних питань теми за наступними питаннями30 хв. Яку структуру має м’язове волокно? Пояснить, яку роль відіграє потенціал дії у винекненні м’язового скорочення. Наведіть схему взаємодії міозину, актину і кальцію в процесі м'язового скорочення. Обгрунтуйте взаємозв''язок між навантаженням та швидкостью скорочення м'яза. Вкажіть відомі вам види скорочення скелетного м’язу. Наведіть приклад ричагів І і ІІ роду. IV. Контроль знань (письмове опитування з теми) 15 хв. 1. В процесі скорочення м'язового волокна: А. довжина актинових міофіламентов збільшується, а міозінових зменшується Б. довжина актинових міофіламентов зменшується, а міозінових - збільшується В. довжина актинових і міозінових міофіламентов не змінюється Г. довжина актинових міофіламентов зменшується, а міозінових - не змінюється актинових Д. довжина міофіламентов не змінюється, а міозінових - зменшується 2. Поперечні містки є частиною молекули: А. АТФ В. тропонина Д. тропомиозина Б. актину Г. міозину 3. При ініціації скорочення м'язового волокна іони кальцію: А. звільняються з ендоплазматичного ретікулюма Б. входять в клітину з міжклітинної рідини В. не відіграють істотної ролі Г. викачуються з цитоплазми насосами Д. деполярізуют мембрану м'язового волокна 4. При ініціації м'язового скорочення іони кальцію вивільняються зі свого депо шляхом: А. первинно-активного транспорту Б. вторинно-активного транспорту В. вільної дифузії Г. електродіффузіі Д. фільтрації або екзоцитозу 5. Видалення іонів кальцію з саркоплазми в саркоплазматический ретикулум є безпосередньою причиною: А. скорочення м'яза Б. розслаблення м'яза В. збудження м'яза Г. виходу іонів калію з м'язового волокна Д. надходження іонів натрію в м'язове волокно 6. Збудження мембрани м'язового волокна є наслідком: А. надходження кальцію з ендоплазматичного ретікулюма Б. видаленням кальцію в ендоплазматичний ретікулюм В. надходженням іонів натрію всередину м'язового волокна Г. видаленням іонів натрію з цитоплазми м'язового волокна Д. дифузії іонів калію зсередини клітини назовні 7. При виникненні м'язового скорочення потенціал дії сарколемми: А. виникає одночасно зі скороченням В. виникає після скорочення Б. передує скороченню Г. не виникає зовсім Д. не грає ролі в скороченні 8. До Z-мембранам саркомера прикріплені: А. міозіновие волокна В. актинові волокна Б. молекули тропоніна Г. молекули тропомиозина Д. іони кальцію 9. Поширенню потенціалу дії внутрішньо м'язового волокна сприяють: А. кальцієві насоси В. молекули тропомиозина Б. іони кальцію Г. молекули тропоніна Д. Т-система сарколеми 10. Т-система м'язового волокна являє собою: А. впячиванія сарколемми В. бульбашки апарату Гольджі Б. цистерни ретикулума Г. нервово-м'язовий синапс Д. концеву пластинку 11. У спокої в центрі саркомера знаходяться: А. актинові волокна В. Z-пластинки Б. міозінові волокна Г. ізотропні диски Д. молекули тропоніна 12. Актинові протофібрілли при скороченні м'яза: А. зменшуються в довжині Б. збільшуються у довжині В. від'єднуються від Z-мембран Г. ковалентно зв'язуються з міозином Д. підтягуються до центру саркомера 13. Силу, яка переміщає актінові протофібрілли при скороченні, створює: А. безпосередньо прикріплення до них поперечних містків Б. від'єднання від них поперечних містків В. приєднання іонів кальцію до поперечного містка Г. зміна кута прикріплення поперечних містків Д. приєднання молекул АТФ до тропоніну 14.Енергія АТФ в процесі м'язового скорочення: А. використовується з 100% ефективністю Б. використовується з ККД близько 40% В. використовується тільки на звільнення іонів кальцію Г. використовується тільки на деполяризацію сарколемми Д. не використовується зовсім 15. Повну енергію м'язи в ході її скорочення вивчав: А. КатцВ. ХіллД. Ейнтховен Б. Хакслі Г. Ходжкін 16. Основне рівняння м'язового скорочення вказує на те, що між навантаженням, прикладеної до м'яза, і швидкістю її скорочення: А. відсутній зв'язок В. обернено пропорційна зв'язок Б. прямо пропорційна зв'язок Г. зв'язок логарифмічна Д. експоненціальна залежність 17. Скорочення м'яза, в ході якого змінюється її напругу, але не довжина, називається: А. тетанічним В. ауксотонічним Б. гетеротонічним Г. ізотонічним Д. ізометричним 18. Цей режим м'язового скорочення відтворюється тільки в експерименті: А. ізотонічнийВ. ауксотонічне Д. гетеротонічне Б. ізометричнийГ. тетанічне 19. Центри зв'язування іонів кальцію знаходиться в: А. желобке спіралі, утвореної F-актином Б. молекулі тропонина В. кожної з глобул G-актину Г. молекулі тропомиозина Д. голівці поперечного містка 20. З 6 поліпептидних ланцюгів складається: А. молекула міозинуВ. молекула актину Б. міозінові волокна Г. актинові волокна Д. молекула тропомиозина V. Підведення підсумків заняття, домашнє завдання 10 хв.: Тема наступного заняття: «Фізичні основи електрокардіографії» Питання для підготовки до заняття: 1. Електричний диполь. Дипольний момент. 2. Поводження диполя в електричному полi. 3. Характеристики електричного поля, утвореного диполем. 4. Поняття про токовий диполь. 5. Серце як дипольний електричний генератор. 6. Технiка реєстрацiї електрокардiограми. Стандартнi вiдведення. Трикутник Ейнтховена. 7. Форма нормальної електрокардіограми, походження її зубців. 8. Визначення напрямку електричної вiсi серця. 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.241-266. ТЕМА ЗАНЯТТЯ 7: ФІЗИЧНІ ОСНОВИ ЕЛЕКТРОКАРДІОГРАФІЇ АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ: Біопотенціали, виникая та розповсюджуясь в окремих органах, створюють в них змінні електричні поля, а отже, змінні різниці потенціалів між різними точками поверхні органа. Реєстрація різниці потенціалів різних органів та інтерпретація змін, які відбуваються є однією з важливіших задач теоретичної та клінічної медицини, тому що дозволяє вивчати, як працює орган, а також визначати його функціональний стан. На занятті вивчаються механізми виникнення різниці потенціалів на поверхні грудної клітини в результаті електричної активності серця та процеси формування електрокардіограми в трьох відведеннях Ейнтховена. ЦІЛІ ЗАНЯТТЯ: Використовувати поняття електричного поля та його характеристики для аналізу електричних явищ у біологічних системах; Трактувати дипольну теорію електрокардіографії Ейнтховена; Інтерпретувати походження зубців, сегментів, комплексів нормальної ЕКГ; Будувати електричну вісь серця за даними ЕКГ. |