Норм физ. 1 Строение плазматической мембраны, роль ионных каналов, молекул переносчиков, насосов, рецепторов. Виды транспорта веществ
 Скачать 95.91 Kb.
|
|
1)Строение плазматической мембраны, роль ионных каналов, молекул переносчиков, насосов, рецепторов. Виды транспорта веществ. Связь с внешней средой в клетке выполняет поверхностный комплекс. Он включает в себя гликокаликс, плазматическую мембрану (плазмолемму) и кортикальный слой цитаплазмы. Основной поверхностью комплекса является плазматическая мембрана, которая окружает цитоплазму, определяя границы клетки, толщина 10нм.Био мембраны разделяют клетку на отдельные области, а так же ограничивают ее от окружающей среды. Функции плазм мемб : барьерная, транспортная,рецепторная, генерация ПД (возбуждение). Мембрана имеет жидкостно-мозаичную структуру. Мембрана состоит только из белков и липидов, а углеводы присутствуют лишь в качестве сложных белков (гликопротеины) и липидов ( гликолипиды).Вода составляет 20% мембранного материала. Липиды :фосфолипиды, сфинголипиды, гликолипиды, стероиды.Они легко смешиваются друг с другом и образуют протяжные бислойные структуры. Молекулы липидов образующ бислой своими гидрофильными головками обращены в сторону водных фаз (межклеточная жидкость, цитоплазма), формируя внутреннюю и внешнюю поверхность мембран. Гидрофобные цепочки молекул прогружены внутрь липидного слояи взаимодействуют друг с другом внутри него. Белки. Функциональное различие мембраны одной клетки от мембраны другой определяется наличием в ней специфических мембранных белков. Распределены белки неравномерно : на внутренней поверхности мембраны их больше. Наружные белки сложные гликопротеины. Боковые углеводные цепи гликопротеинов и гликолипидов участвуют в формировании межклеточных контактов (разделение всех клеток на свой-чужой). Трансмембранные белки пронизывают мембрану насквозь. Полуинтегральные белки погружены в липидный слой наполовину и имеют форму альфа- спирали. Белки разделяют на 5 классов: 1) Белки-насосы расходуют метаболическую Е АТФ для перемещения ионов и молекул против концентрационных и электрохимических градиентов, поддерживаю необходимые концентрации в клетке и межклеточной среде. 2) Белки-рецепторы представлены лигандами, которые узнают то или иное активное вещество, контактируют с ним, кодируют и передают информацию о характере взаимодействий в клетку. 3) Белки-каналы представляют собой пути избирательного переноса ионов и заряженных молекул. Многие из них сопряжены с белками-рецепторами в активных центрах связывания . Взаимодействие рецептора с соответствующим ему лигандом инициирует закрытие или открытие связанного с рецептором канала. Каналы могут быть химически зависимым ( раздражитель – медиатор, гормон, метаболит, лек средство); электрозависимым (раздражитель – ПД). Быстрые (натриевые в скелетных волокнах) и медленные (кальцевые в сердечных сократительных миоцитах). 4) Белки-ферменты обладают высокой каталитической активностью, облегчают протекание химических реакций как внутри самой мембраны, так и у ее поверхности. 5) Структкрные белки обеспечивают соединение клеток в ткани и органы. Виды транспорта веществ. Проницаемость ПМ – важнейшее свойство, обеспечивающее клетку двусторонний обмен информацией. 1) Пассивный транспорт – перенос вещества через клеточную мембрану по его электрохимическому градиенту, без затрат свободной Е. Виды : I. Фильтрация – осуществляется через мембранные поры, размеры которых соответствуют размерам молекул переносимых веществ и ионов (мочевина, а/к, глюкоза). II. Диффузия – переход ионов и молекул по градиенту концентрации, до тех пор пока концентрации вещ-ва по обе стороны мембраны не выровняются. Простая диффузия через липидный бислой- перенос вещества сохрняется так долго, как долго сохраняется разность концентраций (О2, N2 , этанол, эфир, CO2, гормоны половых желез и коркового вещ-ва надпочечников, щитовидной железы). Облегченная диффузия - скорость диффузии одного вещ-ва резко увеличивается за счет связывания с другим вещ-вом – переносчиком ( сахара, а/к, лек средства, Na+, K+, Cl-). III. Осмос - частный случай диффузии растворителя (вода), через полупроницаемую мембрану, не пропускающую растворенные вещ-ва. Вода поступает в клеткусогласно осмотическому градиенту в область с большей концентрацией вещ-ва (из гипотоничного в гипертоничный р-р). Транспортными путями служат водные каналы – аквапорины, и временные поры. 2) Активные транспорт – перенос вещ-ва осуществляется против градиента концентрации, для акт транс необходима Е АТФ или другие источники хим Е, системы активного транспорта специфичны, мембранные насосы могут обменивать одну разновидность молекул с одной стороны мембраны на другую с противоположной стороны, акт транспорт может избиртельно подавляться, например лек средствами. Существуют 2 типа : I. Первичные активный т использует свободную Е, освобождаемую при гидролизе АТФ. Актр транспорт работает за счет наличия в мембране белков-насосов, соединяющих св-ва транспортных систем и фермента АТФаза. Na+/ K+- АТФазный насос переносит 3 иона Na из клетки в обмен на 2 иона К в клетку. Этот насос создает и поддерживает концентрационный градиент Na и К, который обеспечивает форм положительного заряда на поверхности клетки и отриц – цитоплазмы. Са2+- АТФазный насос играет важную роль в жизнедеятельности разных видов клеток. Н+ - протонный насос работает, используя Е протондвижущей силы. II. Вторичный активный транспорт – перенос одного вещ-ва против градиента конц за счет энергии, высвобождаемой при переносе другого вещ-ва по градиенту с участием транспортных белков. Унипорт – транспорт одного вещ-ва в независимости от наличия или отсутствия другого вещ-ва. Симпорт- транспортпротив градиента, сопряженный с однонаправленным пассивным потоком Nа по градиенту с участием белка – переносчика( глюкоза, а\к). Антипорт – транспорт одного вещ-ва, связанный с одновременным но противоположно наприавленным транспортом другого вещ-ва. (Na-Ca , Na-H, Cl-HCO3 обменники). 3) Экзоцитоз – выведение крупномолекулярных соединений, которые сначала образуются в комплексе Гольджи в виде транс-мембранных пузырьков, они с участием микротрубочек направляются к клеточной поверхности. Мембрана пузырька встраивается в плазмолемму и содержимое пузырька оказывается за пределами клетки. 4) Эндоцитоз. Пиноцитоз – захват клеткой жидких коллоидных частиц. Фагоцитоз – захват более круных и плотных частиц вплоть до других клеток. 2) Свойства живых и возбудимых систем: раздражимость, возбудимость. Раздражимость – это свойство всего живого реагировать на внешние воздействия изменением структуры и функций. Все клетки и ткани обладают раздражимостью. Возбудимость – это способность высокоорганизованных тканей (нервной, мышечной, железистой) реагировать на раздражение изменением физиологических свойств и генерации процесса возбуждения. Наиболее высокой возбудимостью обладает нервная система, затем мышечная ткань и наконец железистые клетки. Оценивая порог раздражения можно сравнить возбудимость различных объектов. Известно, что возбудимость нервных клеток значительно выше мышечных и секреторных. Проводимость– способность ткани проводить возбуждение. Это важное свойство нервной ткани. Отростки нейронов являются проводниками возбуждения. Показателем проводимости является скорость проведения возбуждения, она самая высокая у нервных клеток. Лабильность– свойство ткани отвечать наибольшим числом возбуждений в единицу времени в соответствие с предложенным ритмом раздражения. Ткани, быстро реагирующие на раздражители, могут ответить в единицу времени большим числом возбуждений. Показателем лабильности является максимальное число возбуждений в единицу времени. Например, нервная клетка способна формировать до 1000 потенциалов действия в секунду. 3) Потенциал покоя и потенциал действия: их происхождение, фазы потенциала действия Потенциал покоя — это разность электрических потенциалов между наружной и внутренней средой клетки. Механизм формирования потенциалов покоя. Непосредственная причина потенциала покоя — это неодинаковая концентрация анионов и катионов внутри и вне клетки. Во-первых, такое расположение ионов обосновано разницей проницаемости. Во-вторых, ионов калия выходит из клетки значительно больше, чем натрия. Потенциал действия — это возбуждение клетки, быстрое колебание мембранного потенциала вследствие диффузии ионов в клетку и из клетки. При действии раздражителя на клетки возбудимой ткани сначала очень быстро активируются и инактивируются натриевые каналы, затем с некоторым опозданием активируются и инактивируются калиевые каналы. Вследствие этого ионы быстро диффундируют в клетку или из нее согласно электрохимическому градиенту. Это и есть возбуждение. По изменению величин и знака заряда клетки выделяют три фазы: 1-я фаза — деполяризация. Уменьшение заряда клетки до нуля. Натрий движется к клетке согласно концентрационному и электрическому градиенту. Условие движения: открыты ворота натриевого канала; 2-я фаза — инверсия. Изменение знака заряда на противоположный. Инверсия предполагает две части: восходящую и нисходящую. Восходящая часть. Натрий продолжает двигаться в клетку согласно концентрационному градиенту, но вопреки электрическому градиенту (он препятствует). Нисходящая часть. Калий начинает выходить из клетки согласно концентрационному и электрическому градиенту. Открыты ворота калиевого канала; 3-я фаза — реполяризация. Калий продолжает выходить из клетки согласно концентрационному, но вопреки электрическому градиенту. 4) Фазные изменения возбудимости Фазы изменения возбудимости при возбуждении. Возникновение возбуждения сопровождается многофазными изменениями возбудимости. Во время локального ответа, т.е. при местном возбуждении, возбудимость повышена. Если раздражитель достиг пороговой силы, развивается потенциал действия, при котором возбудимость полностью исчезает – это фаза абсолютной рефрактерности. Соответствует восходящей части кривой ПД – деполяризация. В эту фазу новый потенциал действия не возникает, даже при сверхпороговой силе раздражителя. Нисходящей части кривой ПД – реполяризации - соответствует фаза относительной рефрактерности. В этот период клетка способна ответить на сильное раздражение. Периоду следовой деполяризации соответствует фаза супернормальной возбудимости – экзальтации, когда даже подпороговый раздражитель способен дать ПД. Следовая гиперполяризация сопровождается фазой пониженной субнормальной возбудимости. Соотношение фаз потенциала действия и возбудимости Уровень возбудимости клетки зависит от фазы ПД. В фазу локального ответа возбудимость возрастает. Это фазу возбудимости называют латентным дополнением. В фазу реполяризации ПД, когда открываются все натриевые каналы и ионы натрия лавинообразно устремляются в клетку, никакой даже сверхсильный раздражитель не может стимулировать этот процесс. Поэтому фазе деполяризации соответствует фаза полной невозбудимости или абсолютной рефрактерности. В фазе реполяризации все большая часть натриевых каналов закрывается. Однако они могут вновь открываться при действии сверхпорогового раздражителя. Т.е. возбудимость начинает вновь повышаться. Этому соответствует фаза относительной невозбудимости или относительной рефрактерности. Во время следовой деполяризации МП находится у критического уровня, поэтому даже допороговые стимулы могут вызвать возбуждение клетки. Следовательно в этот момент ее возбудимость повышена. Эта фаза называется фазой экзальтации или супернормальной возбудимости. В момент следовой гиперполяризации МП выше исходного уровня, т.е. дальше КУД и ее возбудимость снижена. Она находится в фазе субнормальной возбудимости. Рис. Следует отметить, что явление аккомодации также связано с изменением проводимости ионных каналов. Если деполяризующий ток нарастает медленно, то это приводит к частичной инактивации натриевых, и активации калиевых каналов. Поэтому развития ПД не происходит. 5) Классификация раздражителей Раздражители – это факторы внешней или внутренней среды, обладающие запасом энергии и при действии которых на ткань отмечается их биологическая реакция. Классификация раздражителей зависит от того, что берется за основу: 1.По своей природе раздражители бывают: химические физические механические термические биологические 2.По биологическому соответствию, то есть насколько раздражитель соответствует данной ткани: адекватные – раздражители, которые соответствуют данной ткани. Например, для сетчатки глаза свет – все остальные раздражители не соответствуют сетчатке, для мышечной ткани – нервный импульс и т.д.; неадекватные – раздражители, которые не соответствуют данной ткани. Для сетчатки глаза все раздражители кроме светового будут неадекватные, а для мышечной ткани все раздражители, кроме нервного импульса. 3.По силе – различают пять основных раздражителей: подпороговые раздражители – это сила раздражителя при которой не возникает ответная реакция; пороговый раздражитель – это минимальная сила, которая вызывает ответную реакцию при бесконечном времени действия. Эту силу еще называют реобазой – она единственная для каждой ткани; надпороговые, или субмаксимальные; максимальный раздражитель – это минимальная сила при которой возникает максимальная ответная реакция ткани; сверхмаксимальные раздражители – при этих раздражителях реакция ткани либо максимальная, либо уменьшается, либо временно исчезает. Для каждой ткани существует один пороговый раздражитель, один максимальный и множество подпороговых, надпороговых и сверхмаксимальных. Закон силы: чем больше сила раздражителя, тем больше величина ответной реакции. В соответствии с этим законом функционируют сложные структуры, например скелетная мышца. Амплитуда ее сокращений от минимальных (пороговых) величин постепенно увеличивается с увеличением силы раздражителя до субмаксимальных и максимальных значений. Это обусловлено тем, что скелетная мышца состоит из множества мышечных волокон, имеющих различную возбудимость. Поэтому на пороговые раздражители отвечают только те мышечные волокна, которые имеют самую высокую возбудимость, амплитуда мышечного сокращения при этом минимальна. С увеличением силы раздражителя в реакцию вовлекается все большее число мышечных волокон, и амплитуда сокращения мышцы все время увеличивается. Когда в реакцию вовлечены все мышечные волокна, составляющие данную мышцу, дальнейшее увеличение силы раздражителя не приводит к увеличению амплитуды сокращения. |