Лекция на тему Современное представление о транспорте веществ

Лекция на тему: «Современное представление о транспорте веществ, строении и функции мембран. Физиология возбудимых тканей. Электрогенез одиночного цикла возбуждения» .

Клеточная мембрана и ее функции

Классификация транспорта веществ I. Пассивный транспорт ( диффузия): 1) простая диффузия через липидный бислой; 2) простая диффузия через ионные каналы мембраны; 3) облегченная диффузия. II. Активный транспорт 1) первично-активный 2) вторично – активный а) симпорт б) антипорт III. Эндоцитоз IV. Экзоцитоз.

Раздражители Раздражитель (стимул) – фактор внешней или внутренней среды организма, который, действуя на ткань или организм в целом, вызывает их активную реакцию.

Классификация раздражителей I. По природе: 1) физические 2) химические 3) биологические II. По биологическому значению: 1) адекватные 2) неадекватные III. По силе воздействия: 1)подпороговые 2) пороговые 3) надпороговые

Раздражитель Раздражение (для всего организма) Происходят физикохимические свойства на мембране и цитоплазме клеток Способность к раздражению раздражимость Раздражение возбудимых тканей (нервной, мышечной, железистой) В тканях образуются биотоки (волны возбуждения) Способность к возбуждению возбудимость

Возбуждение – сложная биологическая реакция, сложная совокупность физических и химических процессов, в результате которых происходят быстрые и кратковременные изменения электрического потенциала мембраны. Признаки: изменение МП, повышение обмена веществ/ повышение потребления кислорода и выделения углекислого газа и тепла, возникновение деятельности, присущей данной ткани : мышца сокращается, железа выделяет секрет, нервная клетка генерирует электрические потенциалы.

Опыты Гальвани(1) Гальвани в своих исследованиях использовал лягушек, подвешивая их на медных крючках к железным перилам балкона (балконный опыт). При этом, когда тушки лягушек, раскачиваясь под влиянием ветра и касались железных перил балкона, то наблюдалось сокращение лапок. На основании этого опыта Гальвани пришел к выводу, что сокращение мышц лапок связано с животным электричеством, возникающим в спинном мозге и проходящим по металлическим частям - крючку и перилам балкона

Опыты Гальвани (2) Гальвани был убежден в своем предположении о наличии биопотенциалов в тканях и провел новый опыт без участия металлов (второй опыт Гальвани). Этот опыт заключался в следующем: бралась лапка лягушки с отпрепарированным седалищным нервом, затем нерв при помощи стеклянной палочки резко набрасывался на мышцу, в результате соприкосновения нерва с мышцей мышца сокращалась (второй опыт Гальвани). Если на мышце сделать повреждение и набрасывать на это место нерв, то она будет сокращаться еще сильнее. Отсюда следует, что сама ткань способна генерировать электричество.

Электрические явления в возбудимых тканях. 1) Биопотенциалы – общее название всех видов электрических процессов в живых системах. 2)Потенциал повреждения (демаркационный) – это разность потенциалов между неповрежденной и поврежденной поверхностями живых возбудимых тканей. 3) Мембранный потенциал 4) Потенциал действия 5) Рецепторный (генераторный) – изменение МП рецепторных клеток во время их возбуждения 6) Постсинаптические потенциалы (ВПСП, ТПСП, потенциал концевой пластики) 7) Вызванный потенциал – потенциал действия нейрона, возникающий в ответ на возбуждение рецептора, несущего информацию к этому нейрону.

Ионоселективные каналы. Пора - молекулярное динамическое образование, которое может находиться в открытом и закрытом состоянии. Образована пора «транспортным» ферментом – белком с высокой каталитической активностью, который способен переносить ионы через мембрану со скоростью в 200 раз превышающей скорость простой диффузии. Воротный механизм (ворота канала) расположен на внутренней стороне мембраны и представлен белковыми молекулами, способными к конформации (изменение пространственной конфигурации молекул). В тысячные доли секунды он открывает (активирует) и закрывает (инактивирует) канал и таким образом регулирует скорость передвижения ионов по нему и поступление их в цитоплазму. Сенсор напряжения ионов в мембране представлен белковой молекулой, расположенной в самой мембране и способной реагировать на изменение мембранного потенциала. Селективный фильтр находится в самом узком месте канала. Он определяет однонаправленное движение ионов через пору и ее избирательную проницаемость.

Электрографическая характеристика

Электрографическая характеристика - Изолиния - -предспайк - -спайк (восходящая и нисходящая части, или передний и задний фронты) - - отрицательный и положительный следовые потенциалы - -критическая точка деполяризации (ктд) - Овершут (линия нулевого потенциала) - Точка инверсии заряда

Статическая поляризация (МП, ПП) Статическая поляризация – наличие постоянной разности потенциалов между наружной и внутренней поверхностями клеточной мембраны. В состоянии покоя наружная поверхность клетки всегда электроположительна по отношению к внутренней, т. е. поляризована. Эта разность потенциалов, равная ~ 60 м. В, называется потенциалом покоя, или мембранным потенциалом (МП). В образовании потенциала принимают участие 4 вида ионов: катионы натрия (положительный заряд), катионы калия (положительный заряд), анионы хлора (отрицательный заряд), анионы органических соединений (отрицательный заряд).

Происхождение МП

Деполяризация – сдвиг МП в сторону его уменьшения. Под действием раздражения открываются «быстрые» натриевые каналы, вследствие чего ионы Na лавинообразно поступают в клетку. Переход положительно заряженных ионов в клетку вызывает уменьшение положительного заряда на ее наружной поверхности и увеличение его в цитоплазме. В результате этого сокращается трансмембранная разность потенциалов, значение МП падает до 0, а затем по мере дальнейшего поступления Na в клетку происходят перезарядка мембраны и инверсия ее заряда (поверхность становится электроотрицательной по отношению к цитоплазме) – возникает потенциал действия (ПД). Частичная деполяризация характеризуется незначительным снижением МП. Частичной деполяризации соответствует предспайк. Полная деполяризация возникает при действии пороговых и надпороговых раздражителей. Электрографическим проявлением является спайк, а именно его восходящая часть – от КТД до точки инверсии заряда.

Потенциал действия ПД – изменение знака заряда на мембране возбудимой клетки при пороговых, надпороговых и подпорговых раздражителях. Этапы ПД: 1) предспайк 2) спайк 3) отрицательный следовый потенциал 4) положительный следовый потенциал

Свойства ПД и ЛП № Свойства ПД Свойства ЛП 1 Возникает при действии пороговых и надпороговых раздражителей, не суммируется; Возникает при действии подпороговых раздражителей, суммируется; 2 Подчиняется закону «Все или ничего» Не подчиняется закону «Все или ничего» 3 Амплитуда 80 -120 м. В Амплитуда 10 -40 м. В 4 Распространяется на большие расстояния Распространяется на 1 -2 мм , с затуханием. 5 Возбудимость ткани при возникновении потенциала уменьшается, вплоть до рефрактерности Возбудимость ткани при возникновении потенциала увеличивается.

Реполяризация – восстановление исходного уровня МП. При этом ионы натрия перестают проникать в клетку, проницаемость мембраны для калия увеличивается, и он достаточно быстро выходит из нее. В результате заряд клеточной мембраны приближается к исходному. Электрографическими проявлениями реполяризации являются нисходящая часть спайка (быстрая реполяризация) и отрицательный следовый потенциал ( медленная).

Гиперполяризация – увеличение уровня МП. Вслед за восстановлением исходного значения МП (реполяризация) происходит его кратковременное увеличение по сравнению с уровнем покоя, обусловленное повышением проницаемости калиевых каналов и каналов для Cl . В связи с этим поверхность мембраны приобретает избыточный по сравнению с нормой положительный заряд, а уровень МП становится несколько выше исходного. Электрографическим проявлением гиперполяризации является положительный следовой потенциал. На этом заканчивается одиночный цикл возбуждения.

Функциональная характеристика Если принять уровень возбудимости в условиях физиологического покоя за норму, то в ходе развития одиночного цикла возбуждения можно наблюдать ее циклические колебания. Статическая поляризация - исходная возбудимость - изолиния Начальная деполяризация - фаза экзальтации – предспайк Полная деполяризация - период абсолютной рефрактерности - восходящая часть спайка Быстрая реполяризация - период относительной рефрактерности – нисходящая часть спайка. Медленная реполяризация - период супернормальной возбудимости – отрицательный следовый потенциал. Гиперполяризация - период субнормальной возбудимости – положительный следовый потенциал.

Фазы возбудимости 1) исходная возбудимость 2) экзальтация - возбудимость незначительно повышается по сравнению с исходной 3) АРП - время, в течение которого отсутствует возбудимость 4) ОРП - время восстановления возбудимости от нуля до исходной величины 5) супернормальная возбудимость -повышенной по сравнению с исходной 6) субнормальная возбудимость - повторное снижение возбудимости ниже исходного уровня, но не до нуля.

Законы возбудимых тканей 1. Закон силы 2. Закон времени 3. Закон градиента 4. Закон полярного действия 5. Закон «Все или ничего» Зависимость силы раздражающего тока и времени его действия ( кривая сила-время Вейсса)

Свойства возбудимой ткани 1) Возбудимость – способность ткани отвечать на раздражение изменением ряда своих свойств. Показатель возбудимости – порог раздражения. Это минимальное по силе раздражение, способное вызвать видимую ответную реакцию ткани. 2) Проводимость – способность ткани проводить возбуждение по всей своей длине. Показатель проводимости – скорость проведения возбуждения. 3) Рефрактерность – способность ткани терять или снижать возбудимость в процессе возбуждения. При этом в ходе ответной реакции ткань перестает воспринимать раздражитель. 4) Лабильность – способность ткани генерировать определенное число волн возбуждения в единицу времени в точном соответствии с ритмом наносимого раздражения. Лабильность определяется продолжительностью рефрактерного периода (чем короче рефрактерный период, тем больше лабильность). 5) Адаптация – все виды врожденной и приобретенной приспособительной деятельности организмов на клеточном, органном, системном и организменном уровнях. 6) Аккомодация – снижение возбудимости, т. е. повышение порога раздражения в зависимости от скорости нарастания его силы.

Спасибо за внимание