8.возбудимые мембраны. Возбудимые мембраны
 Скачать 2.37 Mb.
|
Возбудимые мембраныБатура А.А.Возбудимые мембраны Все клеточные мембраны можно разделить на возбудимые и не возбудимые мембраны. В состав возбудимых мембран входят потенциально зависимые каналы, в состав невозбудимых мембран входят лишь химиочувстительные каналы. Возбудимыми являются нервные и мышечные ткани, в которых за счёт потенциально зависимых каналов возможно возникновение потенциала действия. Способность тканей отвечать на внешнее действие называется – возбудимостью. Количественная мера возбудимости- интенсивность порогового раздражителя, в ответ на который возникает потенциал действия. Возбудимые мембраны В качестве ответа на внешнее раздражение может быть изменение обмена веществ, температуры, низкого сопротивление тканей, а также специфические реакции связанные с распространением нервого импульса возникновение потенциала действия является условие специфических реакций. Существенное различие между возбудимыми и не возбудимыми мембранами проявляется в их ВАХ-х. Для невозбудимых мембран ВАХ имеет линейный вид, т.е. при увеличении потенциала мембраны от потенциала покоя до 0, сила тока убывает до 0 т.е. проводимость мембраны в этом случае не изменяется. ВАХ возбуждённой мембраны имеет не линейный характер. Возбудимые мембраны При понижении потенциалов на мембране до определённого значения плотность ионного тока падает до 0, однако дальнейшее увеличение потенциала приводит к резкому нарастанию тока. Уровень которого соответствует излом ВАХ называется критическим мембранным потенциалом. Нелинейность ВАХ свидетельствует о том что диполеризация возбуждения мембран начиная с критического мембранного потенциала вызывает изменение мембранной электропроводимости. Критический мембранный потенциал соответствует такой диполеризации мембран, которая соответствует открытию наиболее чувствительным потенциально – зависимых каналов. Второй излом ВАХ соответствует открытию всех потенциалов на мембране. Возбуждённая мембрана подобно системе положительной обратной связи. Уровень мембранного потенциала может изменятся под действием различных раздражителей. Для возбуждённых мембран, гродуальность наблюдается лишь для критического мембранного потенциала, такие раздражители называются под пороговые. Пороговые и подпороговые раздражители вызывают раздражения на мембране потенциала действия. В отличие от гродуальности , в этом случае оказывается справедливыми всё или ничего, т.е. возникающий потенциал действия уже не зависит от внешнего раздражителя. Возбудимые мембраны Амплитуда, длительность, крутизна фронта потенциала действия, зависит только от ионных градиентов мембран. С этой точки зрения возбудимую мембрану можно рассматривать как линейный усилитель, в этом случае критический мембранный потенциал составляет -20 -30 мВ, а потенциал действия вырабатываемой мембраны больше его на 100-120 мВ. Процент возбуждения мембран сопровождается рефроктерностью. Рефроктерность – это изменения возбудимости мембран в процессе возбуждения . Возбудимые мембраны Выделяют 3 стадии: 1. состояние полной утраты возбудимости называется абсолютно рефрактерной фазой. Она соответствует времени деполяризации мембраны, т.е. перехода от ПП к ПД. В течение этой фазы возбуждённая мембрана не может генерировать новый потенциал действия даже если интенсивность внешнего раздражителя превышает критический мембранный потенциал. Это связанно с тем , что в этот момент времени все каналы открыты и дополнительный стимул не может изменить проводимости мембран. 2. Относительно рефрактерная фаза соответствует восстановлению возбудимости мембраны. Относительно рефрактерная фаза совпадает по времени с деполяризацией возбудимости мембран. В этом случае возникают закрытые ионные каналы на которые может воздействовать внешний стимул. 3. Фаза экзальтации т.е. область повышенной возбудимости клетки, что связанно с увеличением чувствительности сенсоров возбудимости мембран. В этом случае структура белковых молекул, которая составляет сенсор напряжения нарушается, т.к. не успевает вернутся в исходное состояние и включится при более низких потенциалов. Возбудимые мембраны Возбудимые биологические мембраны играют основную роль в процессах передачи и обработки информации в живом организме. Исследование структуры возбудимых биологических мембран нервных и мышечных клеток необходимо для понимания молекулярных механизмов целого ряда физиологических явлений и процессов: передачи нервного импульса, сокращения мышц, действия на биосистемы различных физиологически активных соединений. В основе всех этих явлений лежат механизмы ионной проницаемости мембран, структурно обеспечиваемые ионными каналами и регуляторами прохождения ионов через каналы – мембранными рецепторами. Рецепторы, встроенные в структуру каналов, способны либо их открывать либо закрывать, что приводит к изменению проницаемости мембран для соответствующих ионов, возникновению ионных токов и прохождению импульса возбуждения. Поэтому исследование структуры рецепторов как составной части мембран необходимо для понимания механизма воздействия различных биологически активных соединений на возбудимые мембраны и их роли в процессах передачи или, наоборот, торможения возбуждения мембран. Возбудимые мембраны Взаимодействие мембранных рецепторов только с определенными биохимическими соединениями – медиаторами (ацетилхолин, адреналин и др.) обеспечивает возникновение процесса возбуждения в ответ на строго специфические физиологические стимулы, что и определяет передачу в организме строго биологической информации. Исследование этих процессов позволяет выяснить механизмы взаимодействия физиологически активных соединений с биомембранами, а также расшифровать тонкую молекулярную структуру рецепторов как одних из основных компонентов клеточных мембран. Для качественного и количественного описания взаимодействия физиологически активных соединений с рецепторами мембран широко используется теория рецепторов [3–9,12,14]. Согласно этой концепции, биологический эффект, вызываемый в биосистеме каким-либо воздействием, например, физиологически активным соединением, является следствием сложной цепи процессов, где основное звено представлено химическими превращениями специфического структурного элемента системы – рецептора. Теория рецепторов позволяет проводить количественный анализ регистрируемых при этом кривых “доза-эффект”, отражающих зависимость биологического ответа системы от концентрации (дозы) действующего соединения. Возбудимые мембраны Первая количественная модель рецепторной теории была создана Кларком для описания зависимости амплитуды сокращения мышцы от концентрации добавленного в систему медиатора возбуждения – ацетилхолина. В ее основе лежит обратимая химическая реакция между медиатором возбуждения или в общем случае агонистом (A) и рецептором (R) мышечной мембраны, сопровождающаяся образованием комплекса агонист-рецептор (AR): KA A + R AR где KA – константа равновесия реакции комплексообразования. Возбудимые мембраны Кларк впервые предположил, что амплитуда мышечного сокращения y пропорциональна концентрации комплекса агонист-рецептор AR. Для произвольного эффекта y постулат Кларка записывается в виде [7,8]: при где a – коэффициент пропорциональности (коэффициент механохимического сопряжения в случае мышечного сокращения); ymax – максимально возможная амплитуда мышечного сокращения, при которой заняты (оккупированы) все рецепторы; [R0] – общая концентрация рецепторов. Возбудимые мембраны Литература Clark A.J. The reaction between acetylcholine and atropine // J. Physiol. (London). 1926. Vol. 61. P. 530–546. Stephenson R.P. A modification of receptor theory // Br. J. Pharmacol. 1956. Vol. 11. P. 379–393. Ariense E.J. (Ed.). Molecular pharmacology: the mode of action of biologically active compounds. Vol. 1, N.Y.–L., 1964. 503 p. Ariense E.J. Intrinsic activity: partial agonists and partial antagonists // J. Cardiov. Pharmacol. 1983. Vol. 5. Suppl. № 1. P. 8–15. Михельсон М.Я., Зеймаль Э.В. Ацетилхолин. О молекулярном механизме действия. Л.: Наука, 1970. 279с. |