Транспорт веществ через мембрану.
Вещества низкомолекулярные (небольшая малярная масса):
1) Дифуззия
2) Облегченная диффузия
3) Активный транспорт
Высокомолекулярные:
1) Экзоцитоз
2) Эндоцитоз
Жидкие – пиноцитз, твердые – фагоцитоз
*** В клетке существует концентрационный градиент, и электрический.
Диффузия – из области высокой в область низкой концентрации. К такому способу переноса способны низкомолекулярные соединения – мочевина, вода, кислород, углекислый газ.
Облегченная диффузия - по градиенту концентрации. Нужен белок переносчик транслоказа, проносящее вещество через мембрану. Как транслоказы могут работать белки, встроенные в мембрану.
Аквапарим (транлоказа) – проводит воду в почечных канальцах, что бы обеспечить реабсорбцию.
Феномен насыщения – транслоказа работать быстрее не может, увеличение концентрации ни к чему не приводит.
Диффузия и облегченная диффузия происходят без затраты энергии. (или вторичный транспорт по-другому)
Активный транспорт – перемещение веществ против градиента концентрации с непосредственной затратой энергии. Требуется АТФ, трансформирующееся в АДФ, С2 больше С1. Активный транскорт осуществляется ионными насосами (самый распространенный – натриево-калиевый).
Нейромедиаторы – низкомолекулярные, выбрасываются в мембрану – экзоцитозом.
Na-K насос.
Это гликопротеид. Состоит из 2х субъединиц. А и В.
A – 95000 дальтон В – 40000 дальтон.
1 стадия: Натриево-калиевый насос меняет 3 иона натрия (выводит из клетки) на 2 иона калия (в клетку) и для этого нужна 1 молекула АТФ.
2 стадия: гидролиз АТФ (отщепление одного фосфорного остатка) обеспечивающий удержание натрия, затем начинается фосфорилирование белка (1 отщепленный от АТФ остаток присоединяется к белку). После этого натрий идет из клетки, калий – в клетку.
3 стадия) Натрий окончательно выходит из клетки, калий входит в клетку, начинается дефосфорилирование белка, фосфорный остаток отщепляется от белка, канал закрывается, калий остается в клетке.
3 натрия меняются на 2 калия, то есть из клетки выводится больше чем вводится.
Ионный насос работает постоянно.
Ионные каналы:
2 группы: неуправляемые и управляемые.
Неуправляемые – каналы утечки. Они работают постоянно и по градиенту концентрации. Бывают ионоселективные (пропускающие только один какой-то ион), иононеселективные (могут пропускать группу ионов).
Управляемые каналы – только когда что-то меняется. Потенциалчувствительные – срабатывают при изменении потенциалов. Лигандчувствительные – произошло связывание лиганда с клеточным рецептором.
Клеточный рецептор – на поверхности мембраны белковая структура, специфически связывающая определенные вещества, называемые легандами. В случае синаптической передачи нейромедиатор – леганд.
Насосы работают для создания постоянной разности концентрации.
Когда заряд вводится больший чем вводится это называется – элекрогенный механизм.
| Внутриклеточная/ внеклеточная концентрация ионов ММОЛЬ | Гигантский аксон кальмара | Мышечные клетки теплокровных | |
| калий | С внутренняя | ||
| С внешняя | |||
| натрий | С внутренняя | ||
| С внешняя | |||
| хлор | С внутренняя | ||
| С внешняя |
Как заряжена клетка относительно внешней среды? Клетка заряжена отрицательно.
Отрицательный заряд клетки формируется за счет анионов крупных белковых молекул, заряд меняется благодаря перемещению мелких, положительно заряженных ионов.
На мембране есть плотно фиксированные отрицательные заряды, уменьшающие положительность заряда внешней среды.
Потенциал покоя
Потенциал покоя есть принадлежность любой живой клетки.
Потенциал Покоя (ПП) – разность между электрическими потенциалами внутри и вне клетки в состоянии покоя.
ПП = -30 -90 миливольт. (мв) в среднем
В скелетной мышце: -60 -90 мв
Нервная клетка: -50 -80 мв
Гладкие мышцы: -30 -70
Сердечная мышца: -80 – 90
Потенциалообразующим является ион калия. При расчете принимает только ион кальция. На самом деле ПП – произвольная равновесных ионных потенциалов всех ионов, которые есть в клетке.
В какой то момент в клетке устанавливается равновесное состояние.
Этот равновесный ионный потенциал можно рассчитать по уравнению Нернста
Е ионное = RT ln Cнор
ZF С внутр.
R – газовая постоянная = 8.31 дж/моль К
Т – абсолютная температура = -273 градуса кельвина
Z – заряд (натрий: +1, калий +1, хлор: -1)
F – Постоянная константа Фарадея (кол-во электричества, которое проходя через электролит вызывает химическое превращение одного грамм эквивалента вещества у каждого электрода) = 96500 кулон/моль.
ln – логорифм натуральный
К след разу рассчитать по 3 ионам потенциал покоя мышечные клетки теплокровных при -273 по кельвину.
Лекция 2.
Eion по калию приблизительно равен ПП.
Что такое потенциал действия: электрофизиологический процесс, выражающийся в быстром колебании мембранного потенциала покоя вследствие перемещения ионов в клетку и из клетки и способный распространяться без затухания или декремента.
ГРАФИК
AD – деполяризация
DEF – инверсия или овершут
FG – реполяризация (восстановление заряда)
GH – гиперполяризация (основа для торможения)
ПП приметно равен -70,3 м/в
Для нервных клеток критический уровень деполяризации: -50
Восходящая часть графика связана с перемещением ионов натрия, нисходящая – с калием.
Деполяризация – участок от потенциала покоя до нуля
От ПП до 50% КУД - возбуждение без открытия ионных каналов (электротоническое распространение возбуждения).
Ионные каналы начинают открываться в точке B (электрофизиологическое возбуждение выводится из этой точки до самого конца).
В точке С ионные каналы открыты почти полностью, натрий устремляется в клетку.
В точке D клетка уже заряжена положительно, но каналы начинают постепенно закрываться.
От А до D концентрационный и электрический не нарушаются. От D доЕ согласно концентрационному но уже против электрического градиента.
От D до F – рефрактерный промежуток.
Рефрактерность – не возбудимость клетки.
Относительная рефрактерность – клетка может ответить на другое раздражение, но ответ будет недостаточно полным.
Потенциал чувствительные каналы.
Длительность пика ПД в нервном волокне 0,5-1 м/сек
В волокне скелетной мышцы – до 10 м/сек (миллисекунд)
Сердечная мышца – 300-400 м/сек.
Натриевые каналы более потенциал - чувствительные, у них 2 створки ворот, у калиевых – одна.
Na+ канал
Створка m – активационная (расп. с внешней стороны)
Створка h – инактивационная. (расп. с внутр стороны)
Створка м открыта h открыта – покой
Створка м открывается, h открыта – активация.
Створка h закрывается, створка m - инактивация
Пока h створка закрыта клетка прибывает в состоянии абсолютной рефрактерности
Ka+ канал
Одна створка – с внутренней стороны, 2 состояния – покоя и активации. В состоянии активации она открыта.
Потенциал локальный – когда клетка получает подпороговое раздражение, то есть раздражение есть, а порог возбуждения не переходит.
*После синаптической передачи никогда не возникает сразу ПД, только локальные.
| Свойства | ПД | Локальный |
| Распространение | Без затухания (без декремента на всю длину волокна) | С декрементом на очень короткое расстояние (1-2мм). Тем не менее скорость распространения очень большая (в 10 в 7 степени быстрее ПД) |
| Зависимость от величины стимула | Не зависит, (закон все или ничего) | Зависит. Подчиняются закону силы. |
| Явление суммации | Не суммируется | Суммируются. Суммация может быть временная и пространственная. |
| Амплитуда | 100-130мвт | 40мв |
| Возбудимость ткани при | Уменьшение вплоть до рефрактерности | Увеличение |
Когда возникает ПД – ПП + возбуждающие Пост Синаптические Потенциалы -Тормозные ПСП И все это больше порога.
Потенциалы, относящиеся к локальным:
Рецепторные
Постсинаптические
Препотенциалы
Аксонный транспорт – перемещение веществ и органелл от тела нервной клетки к окончанию отростка и наоборот.
Органеллы, участвующие в образовании аксонного транспорта – микротрубочки (нитчатые структуры, основной белок – тубулин) Тубулин состоит из 2х субъединиц a и b. Микротрубочки образуются в области клеточного центра. Прирастают от центра к периферии. Очень легко полимеризуются и очень легко деполимеризуются.
Если перемещение идет от тела клетки к окончанию отростка – прямой или антероградный транспорт.
От окончания отростка к телу – обратный транспорт, или ретроградный.
Антероградный транспорт обеспечивает белок кинезин
Ретроградный транспорт – динеин
Скользящие нити – способ движения. Трубочки движутся вдоль белка.
Прямой транспорт бывает:
Быстрый – 100-1000мм/сутки (пузырьки с нейромедиатором, секреторные гранулы) обеспечение функциональную деятельность
Медленный – 0,2-1 мм/сутки (обеспечивает собственную жизнь клетки)
Промежуточный – 50 мм/сутки (перемещение митохондрий). От 2 до 4 мм/сутки (актин, ферменты) (обеспечивает собственную жизнь клетки)
Обратный транспорт – 100-200 мм/сутки
Характеристики волокна
Миелинезированное волокно
Сальтаторное распространение возбуждение (или скачкообразное) по миелиновому волокну. Самое чувствительное место в клетке – аксонный холмик (место, где отходит аксон).
ПД генерируется в перехвате ранвье. Сигнал идет Пд-локальный-Пд-локальный
Немиелинезированное волокно
Сначала участок является возбуждаемым потом возбудительным. Распространение по ионным каналам (более энергоемко). Это непрерывное распространение возбуждения.
Постоянная длинны мембраны. Лм (лямбда м)
Расстояние, на которое может распространиться биопотенциал электротонически (без открытия каких-либо ионных каналов) пока его амплитуда не уменьшиться до 37% исходной величины.
Для разных волокон эта величина разная. Для миелинизированных эта длинна – 5мм.
Скорость передачи зависит – от площади сечения волокна и миелинезации.
Синаптическая передача.
Синапс – разновидность клеточного контакта – контакт функциональный, односторонний. Синапсы могут быть между нервной и нервной, нервной и мышечной, нервной и железистой, это контакт между клетками, одна из которых должна быть нервной.
Какие синапсы бывают: электрические, химические, смешанные. В эволюции закрепились химические синапсы.
Что требует химический синапс – нейромедиатор. (Биологически активное вещество, участвующее в нервной передаче).
Классификация нейромедиаторов:
1) Ацетилхолин АХ – сложный эфир холина и ацетильного остатка. (остаток уксусной кислоты). Холин получаем с пищей, уксус – продукт биосинтеза организма.
2) Биогенные амины или моноамины. 2 подгруппы: а) катехоламины - адреналин, норадреналин (НА), дофамин - синтезируются на основе тирозина или фенилаланина (если с пищей) б) индоламины – серотонин, гистамин синтезируются на основе триптофана.
3) Аминокислоты: возбуждающие – глютаминовая и аспарагиновая кислоты (глютамат и аспартат). Тормозные – гамма-аминомаслянная кислота (ГАМК), глицин, таурин.
4) Пурины – P1 – Аденозин, P2 – АТФ
5) Пептиды (короткие белки)
В синапсе выделяют – пресинаптическую, постсинаптическую мембраны и синаптическую щель вариативного размера. В химических синапсах – 20-30 нанометров, в электрических – 1-2 нанометров, нервно мышечных – до 50 нанометров.
Общая схема синаптической передачи
1) Синтез нейромедиатора.
Он всегда синтезируется в нервных клетках. Если синтез не очень сложный, то происходит в пресинаптическом окончании (АХ, дофамин, НА). Если синтез сложный – в теле клетке, в частности пептидные нейромедиаторы.
2) Загрузка в везикулы: если медиатор синтезируется в теле клетке, загрузка происходит тоже там.
3) Транспорт в пресинаптическое окончание (аксонный транспорт)
4) Выброс нейромедиатора в синаптическую щель. – в первую очередь открываются кальциевые каналы. На каждую везикулу – 4 иона кальция. Кальций нужен для того, что бы везикула могла плотно фиксироваться на пресинаптической мембране. (на мембране всегда есть плотно фиксированные отрицательные заряды). Нейромедиатор транспортируется с помощью экзоцитоза. На постсинаптической мембране находятся специальные рецепторы для нейромедиаторов.
5) Связывание с рецепторами на постсинаптической мембране.
6) Инактивация. АХэстераза расщепляет АХ на ацетил и холин и происходит обратный захват в клетку и новый синтез. НА и дофамин – обратный захват пресинаптической мембраны. Моноамионоаксидаза (МАО) если ее много – нейромедиаторов катехоламиновой группы будет мало.
*нейромедиаторы выделяются с избытком. Избыток нейромедиатор необходим, что бы все центры 100% были связаны
*для каждого нейрона существует некоторые постоянные величины, характеризующие синаптическую передачу – диаметр везикулы, количество молекул нейромедиатора в везикуле.
* Рецепторы, расположенные на постсинаптической мембране участвуют в передаче сигнала. Рецепторы, находящиеся на пресинаптической регулирует выброс нейромедиатора.