3. Строение и функции клеточных мембран. Ионные каналы, их классификация. Мембранные рецепторы. Ионные насосы. Вторичные посредники (мессенджеры).
Клеточная мембрана - барьер клетки. Представлена бислоем фосфолипидных молекул, ориентированных таким образом, что гидрофобные концы молекул находятся внутри бислоя, а гидрофильные направлены в водную фазу.
Функции клеточной мембраны:
барьерная;
транспортная;
рецепторные;
регуляторная;
контактная;
информационная.
Ионные каналы - мембранные структуры, сообщающие внеклеточную и внутриклеточную среду.
Ионные каналы — интегральные белки, обеспечивающие пассивный транспорт по концентрационному или электрическому градиенту (за 1 секунду до 20млн ионов).
Классификация ионных каналов:
1 - управляемые и неуправляемые:
управляемые - имеют ворота, которые в покое закрыты. Функция - участвуют генерации электрических сигналов.
неуправляемые - не имеют ворот, открыты постоянно при нормальном МП и создают возможность диффузии ионов через мембрану.
2 - потенциалзависимые: Na, K, Ca, Cl (быстрые и медленные; открываются при изменении мп).
рецепторзависимые
механочувствительные.
Мембранные рецепторы могут располагаться как на внешней, так и на внутренней поверхности мембраны, а также в ядре клетки. Мембранный рецептор - это молекула, взаимодействующая с сигнальной молекулой - раздражителем.
Ионные насосы- молекулярные структуры, встроенные в биологические мембраны и осуществляющие перенос ионов в сторону более высокого электрохимического потенциала (активный транспорт); функционируют за счёт энергии гидролиза АТФ или энергии, высвобождающейся в ходе переноса электронов по дыхательной цепи.
Вторичные посредники - это малые сигнальные молекулы, компоненты системы передачи сигнала в клетке. Являются компонентами каскадов передачи сигнала, быстро образуются и далее активируют эффекторные белки, которые опосредуют ответ клетки. К наиболее распространенным вторичным посредникам относятся цАМФ, цГМФ (циклические нуклеотиды),инозитолтрифосфат, диацилглицерол,Са2+).
4. Транспорт веществ через клеточную мембрану: активный, пассивный. Особенности транспорта водо-и жирорастворимых веществ.
Активный транспорт - с переносчиком против градиента. Активный транспорт осуществляется вопреки вопреки концентрационном и электрическому градиентам с помощью специальных ионных насосов и микровезикулярного механизма в клетку или из клетки.
Пассивный транспорт - диффузия, по градиенту. Пассивный транспорт - это перенос веществ из области высокой концентрации в область низкой без затрат энергии.
Водорастворимые вещества проходят по водным каналам или с переносчиком в виде белка.
жирорастворимые вещества (липофильные, гидрофобные) проходят сквозь мембрану простой диффузией.
5. Мембранный потенциал, его величина. Методы регистрации мембранного потенциала. Роль ионных концентрационных градиентов, избирательной проницаемости и Na+/K+ насоса в возникновении мембранного потенциала.
Мембранный потенциал (потенциал покоя) - возникающая в покое разность электрических потенциалов между наружной и внутренней поверхностью мембраны. Величина: -30 - 90 мВ (в волокнах скелетной мышцы -60 - 90мВ, в нервных клетках - 50 - 80 мВ, в гладких мышцах - 30 - 70мВ, в сердечной мышце - 80 - 90мВ).
Методы регистрации мембранного потенциала: (нашла только в инете)
Второй опыт Гальвани (ток покоя).
Микроэлектродная техника.
Ионные концентрационные градиенты обеспечивают химическую движущую силу.
В состоянии покоя клетки К+ выходит из нее значительно больше, чем входит Na+, поскольку проницаемость клеточной мембраны для К+ примерно в 25 раз больше проницаемости ее для натрия. Органические анионы из-за своих больших размеров вообще не могут выходить из клетки, пребывающей в состояния покоя, отрицательных ионов оказывается больше, чем положительных. По этой причине клетка внутри имеет отрицательный заряд.
Накопление Na+ в клетке стимулирует работу натрий-калиевого насоса, уменьшение натрия в клетке снижает его активность, поскольку уменьшается вероятность контакта ионов с соответствующим переносчиком. В результате сопряженного транспорта, натрия и калия поддерживается постоянная разность концентраций этих ионов внутри и вне клетки.
6. Раздражители: понятие, классификация. Действие раздражителей на возбудимые ткани. Свойства подпороговых раздражителей. Деполяризация мембраны. Локальный ответ и его фазы. Критический уровень деполяризации.
Раздражители – это факторы внешней или внутренней среды, обладающие запасом энергии и при действии которых на ткань отмечается их биологическая реакция.
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 адекватным будет 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 три основных раздражителей:
Подпороговые раздражители – это сила раздражителя при которой не возникает ответная реакция (не генерируется ПД);
Пороговый раздражитель – это раздражитель минимальной силы, который впервые вызывает видимую ответную реакцию со стороны возбудимой ткани. Пороговую силу раздражителя называют порогом раздражения или возбуждения. Порог раздражения и является мерой возбудимости ткани. Между порогом раздражения и возбудимостью существует обратная зависимость: чем выше порог раздражения, тем ниже возбудимость, чем ниже порог раздражения, тем возбудимость выше.
Надпороговые - это раздражитель, сила которого выше, чем сила порогового раздражителя.
Раздражение – это любые воздействия на ткань. В ответ на раздражения возникают биологические реакции ткани. Раздражимость – это универсальное свойство живой материи и отражает способность любой живой ткани изменять свою неспецифическую деятельность под влиянием раздражения.
Действие раздражителей на возбудимые ткани. Возбудимые ткани в ответ на действие раздражителей способны переходить из состояния покоя в состояние возбуждения, а их клетки генерируют при этом электрический импульс, который называется потенциалом действия. Так, нейроны при воздействиях на их мембрану химическим или электрическим стимулом переходят в состояние возбуждения, генерируя нервный импульс. Мышечная ткань под влиянием внешних раздражителей или нервного импульса производит сокращение. Свойство возбудимых тканей приходить в возбуждение при изменениях факторов внешней или внутренней среды организма называется возбудимостью. Возбудимые ткани способны распространять возбуждение - обладают свойством проводимости, например по аксонам нейронов и поверхности мембран мышечных клеток. Поскольку мышечные волокна способны сокращаться в ответ на раздражение, то они обладают свойством сократимости. Существует зависимость между действием раздражителя и ответной реакцией возбудимой ткани. Эта зависимость стала основой для законов раздражения.
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 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 количество мышечных волокон, и амплитуда сокращения мышц все время увеличивается. Когда в реакцию вовлечены все мышечные волокна, составляющие данную мышцу, дальнейшее увеличение силы раздражителя не приводит к увеличению амплитуды сокращения.
Закон «все или ничего»: подпороговые раздражители не вызывают ответной реакции ("ничего"), на пороговые раздражители возникает максимальная ответная реакция ("все"). По закону "все или ничего' сокращаются сердечная мышца и одиночное мышечное волокно. Закон "все или ничего" не абсолютен. Во-первых, на раздражители подпороговой силы не возникает видимой ответной реакции, но в ткани происходят изменения мембранного потенциала покоя в виде возникновения местного возбуждения (локального ответа). Во-вторых, сердечная мышца, растянутая кровью, при наполнении ею камер сердца, реагирует по закону "все или ничего", но амплитуда ее сокращений будет больше по сравнению с сокращением сердечной мышцы, не растянутой кровью.
Закон раздражения - Дюбуа-Реймона (аккомодации) раздражающее действие постоянного тока зависит не только от силы тока но и от скорости нарастания тока во времени. При действии медленно нарастающего раздражителя возбуждение не возникает, так как происходит приспосабливание возбудимой ткани к действию этого раздражителя, что получило название аккомодации. Аккомодация обусловлена тем, что при действии медленно нарастающего раздражителя в мембране возбудимой ткани происходит повышение критического уровня деполяризации.
Закон силы-дительности: раздражающее действие постоянного тока зависит не только от его величины, но и от времени, в течение которого он действует. Чем больше ток, тем меньше времени он должен действовать для возникновения возбуждения.
Свойства подпороговых раздражителей. Подпороговый раздражитель - это раздражитель такой силы, который не вызывает видимых изменений, но обусловливает возникновение физико-химических сдвигов в возбудимых тканях. Однако степень этих сдвигов недостаточна для возникновения распространяющегося возбуждения. Действие подпорогового раздражителя вызывает локальный ответ. Свойства локального ответа (локальный потенциал - ЛП):
Не распространяется, затухает там, где возникает.
Подчиняется закону силы – чем больше сила раздражителя, тем сильнее локальный ответ
Суммируется – возрастает при частых подпороговых раздражениях
Амплитуда – 10-40 мВ
Возбудимость ткани при возникновении ЛП увеличивается
Деполяризация мембраны. Локальный ответ и его фазы. Критический уровень деполяризации.
Мембрана клеток возбудимых тканей под действием раздражителя меняет свою проницаемость, на начальном этапе это происходит для ионов Na. Натрий по гардиенту концентрации устремляется в клетку. Из-за этого в клетке увеличивается число положительно заряженных ионов и заряд мембраны возрастает по направлению в положительную сторону. Этот процесс называется деполяризацией. Подпороговый раздражитель вызывает локальный ответ (смотри рисунок) – это результат открытия медленных натриевых каналов. Локальный ответ – изменение мембранного потенциала, которое еще не вызывает ПД, но сдвигает состояние потенциалзависимых каналов.
Фазы локального ответа: 1. Действие раздражителя, открытие натриевых каналов, ток натрия в клетку. 2. Если амплитуда ЛО дойдет до КУД, то локальный ответ сольётся с ПД и станет его начальной стадией – стадией деполяризации. Если амплитуды ЛО недостаточно для достижения КУД, то происходит фаза затухания, ЛО затухает в тех структурах, в которых он возник. Затухание происходит из-за преобладающего выходя ионов К из клетки по неуправляемым каналам, которые всегда открыты.
Для того, чтобы возник ответ (например, сокращение мышцы) нужен ПД, для этого нужен раздражитель с соответствующей силой и время – в этом случае амплитуда локального ответа сможет достигнуть КУД – критического уровня деполяризации. КУД – такое значение потенциала покоя, при достижении которого открываются потенциалзависимые каналы для натрия и возникает ПД.