Laboratorijski rad Fiziološka svojstva ćelijske membrane. Izborni program biologije "Misterije žive ćelije". Djelovanje fizičkog i hemijskog

BELORUSKI DRŽAVNI UNIVERZITET

ODSJEK ZA BIOLOGIJU

Zavod za fiziologiju i biohemiju biljaka

FIZIOLOGIJA

PLANT

CELLS

za laboratorijske radionice

"Fiziologija biljaka"

za studente Biološki fakultet

V. M. Yurin, A. P. Kudryashov, T. I. Ditchenko, O. V. Molchan, I. Smolich Preporučeno od strane Nastavnog veća Biološkog fakulteta 16. juna 2009. godine, broj protokola Recenzent Kandidat bioloških nauka, vanredni profesor: M. A. metoda. preporuke za laboratorijsku nastavu radionice „Fiziologija biljaka“ za studente F Biološkog fakulteta / V. M. Yurin [et al.].

– Minsk: BSU, 2009. – 28 str.

Ovaj priručnik je sastavni element nastavno-metodičkog kompleksa iz discipline „Fiziologija biljaka“ i obuhvata laboratorijske radove u dijelu „Fiziologija biljnih ćelija“.

Namijenjeno studentima Biološkog fakulteta koji studiraju na specijalnostima “Biologija” i “Bioekologija”.

UDK 581. BBK 28. © BSU,

OD AUTORA

Smjernice za laboratorijsku nastavu sastavni su dio predmeta „Fiziologija biljaka“. Svrha publikacije je aktiviranje samostalan rad učenika, uzimajući u obzir činjenicu da individualni proces učenja mora biti efikasan. Radionica na predmetu “Fiziologija biljaka” ima za cilj konsolidaciju teorijskog materijala i sticanje vještina praktičan rad i upoznavanje sa osnovnim metodama istraživanja fizioloških procesa biljaka. Učenicima se nude zadaci koji detaljno opisuju činjenični materijal koji moraju sami savladati.

Ovo će vam omogućiti da efikasnije koristite vrijeme u učionici.

1. BILJNA ĆELIJA KAKO

OSMOTSKI SISTEM

Osmotski sistemi su sistemi koji se sastoje od dva rastvora supstanci različitih koncentracija, ili rastvora i rastvarača, odvojenih polupropusnom membranom. Idealna polupropusna membrana omogućava prolaz molekulima otapala, ali nije propusna za molekule otopljenih tvari. U svim biološkim sistemima voda je rastvarač. Razlika u sastavu i koncentraciji tvari s obje strane polupropusne membrane uzrok je osmoze – usmjerene difuzije molekula vode kroz polupropusnu membranu.

Ako apstrahujemo od detaljne strukture biljne ćelije i razmotrimo je sa stanovišta osmotskog modela, onda se može tvrditi da je biljna ćelija živi osmotski sistem.

Plazma membrana je polupropusna, a citoplazma i tonoplast djeluju kao jedna cjelina. Izvan polupropusne membrane nalazi se stanični zid koji je visoko propusn za vodu i tvari otopljene u njoj i ne ometa kretanje vode. Glavnu ulogu osmotskog prostora ćelije igra vakuola koja je ispunjena vodenim rastvorom različitih osmotski aktivnih supstanci - šećera, organskih kiselina, soli, pigmenata rastvorljivih u vodi (antocijanina itd.). Međutim, ovo je prilično pojednostavljena ideja o ćeliji kao osmotskom sistemu, budući da je svaka citoplazmatska organela okružena membranom također osmotska stanica. Kao rezultat, dolazi do osmotskog kretanja vode između pojedinačnih organela i citosola.

MODELI BILJNIH ĆELIJA

Uvodne napomene. Jedinstvene fizičko-hemijske karakteristike biomembrana osiguravaju protok vode i stvaranje visokog hidrostatskog tlaka (turgora) u biljnoj ćeliji, očuvanje anizotropne distribucije tvari između stanice i okoline, selektivnu apsorpciju i oslobađanje tvari i niz drugih funkcija.

Hipoteza o postojanju plazma membrane na površini ćelije iznesena je u drugoj polovini 19. veka. Naučno opravdanje za ovu hipotezu (koncept) dao je W. Pfeffer na osnovu objašnjenja fenomena plazmolize i deplazmolize. Prema Pfefferu, ova membrana je imala svojstvo “polupropusnosti”, odnosno bila je propusna za vodu i nepropusna za tvari otopljene u vodi. U narednim godinama provedene su studije koje su omogućile ne samo dokazivanje postojanja takve strukture na površini ćelije, već i proučavanje nekih svojstava ove strukture nevidljive u optičkim mikroskopima. Međutim, sve do druge polovine XX veka. biomembrane su ostale samo hipotetičke strukture žive ćelije. Stoga, kako bi demonstrirali određena svojstva plazma membrane i objasnili obrasce funkcioniranja mehanizama povezanih s plazma membranom, istraživači su kreirali ćelijske modele („umjetne ćelije“).

U različitim vremenskim periodima pojavili su se modelni sistemi – „vještačke ćelije“ Pfefera, Traubea, Jacobsa i dr. Prva dva od pomenutih modela su demonstrirala fenomen osmoze, treći – obrasce prenosa slabih elektrolita kroz biomembranu. Prilikom izvođenja laboratorijskih radova predlaže se kreiranje sistema modela “vještačke ćelije” prema Traubeu i Jacobsu (modificirani).

Prilikom formiranja modela “umjetne ćelije” Pfeffera i Traubea, na granici između otopina žute krvne soli i bakar sulfata, formira se u vodi nerastvorljiva amorfna masa bakra željeznog sulfata, koja ima gotovo idealna osmotska svojstva - propusnost za vodu i nepropusnost za otopljene supstance. Budući da membrana gvožđe-bakar razdvaja dva rastvora, smer i veličina protoka vode kroz nju će biti determinisani razlikom u hemijskim potencijalima molekula vode na suprotnim stranama membrane. Kada bi takva membrana razdvajala dvije otopine iste tvari, tada bi kemijski potencijal molekula vode bio veći u razrijeđeniji otopini, a voda bi se kretala prema otopini niže koncentracije. Prilikom određivanja pravca kretanja vode u sistemu koji sadrži različite supstance sa obe strane membrane, treba uzeti u obzir stepen disocijacije supstanci, valenciju i permeabilnost membrane za jone. Da bismo pojednostavili raspravu o eksperimentu za dobijanje “umjetne ćelije” prema Traubeu, pretpostavljamo da je membrana od željeznog sulfida bakra apsolutno nepropusna za otopljene tvari, a stupanj disocijacije žute krvne soli i bakar sulfata u otopinama je isto. U ovom slučaju, za usporedbu vrijednosti kemijskog potencijala molekula vode, možete koristiti normalne koncentracije navedenih soli.

Osnovni principi procesa difuzije supstanci različitih polariteta kroz plazma membrane ustanovljeni su u prvoj polovini dvadesetog veka. Prema istraživanju Collandera i Barlunda, koeficijent propusnosti membrane za bilo koju supstancu može se predvidjeti molekulskom težinom ove potonje i njenim ravnotežnim koeficijentom raspodjele (kr) između vode i biljnog ulja:

gdje su CM i SV koncentracije tvari koje se uspostavljaju u sistemu rastvarača u međusobnom kontaktu - ulje i voda - u stanju ravnoteže. Za većinu supstanci koje difundiraju kroz plazma membranu, postoji direktna proporcionalnost između proizvoda Pi M i i kr (Pi je koeficijent propusnosti membrane u odnosu na supstancu i; Mi je molekulska težina supstance i).

Kr koeficijent u ovom slučaju djeluje kao kvantitativna mjera stepena hidrofobnosti: više hidrofobnih supstanci se akumulira u ulju i odlikuje ih velika kr vrijednost, dok se hidrofilne tvari, naprotiv, akumuliraju u vodenoj fazi, za koju je kr vrijednost je manja. U skladu s tim, nepolarna jedinjenja bi trebalo da lakše prodiru u ćeliju kao rezultat procesa difuzije kroz sloj membranskih lipida od polarnih. Stupanj hidrofobnosti određen je strukturom molekula tvari. Međutim, hidrofobnost supstance u velikoj meri zavisi od stepena jonizacije njenih molekula u rastvoru. Zauzvrat, stepen ionizacije mnogih organskih i neorganskih organska materija(slabi elektroliti) određuje se pH vrijednosti otopine.

Jacobsova "vještačka ćelija" modelira selektivnu permeabilnost plazma membrane biljnih stanica prema električno neutralnim molekulima slabih elektrolita. U njegovom originalan dizajn“vještačka ćelija” Jacobs je koristio preklop od žablje kože kao analog plazmaleme. U predloženom radu kao model plazmaleme korišten je film od hidrofobnog (polimernog) materijala. To je učinjeno ne samo iz humanih razloga - polimerni film jasnije modelira fizičko-hemijske karakteristike lipidni dvosloj plazmaleme.

Budući da je slaba baza, amonijum postoji u vodenim rastvorima u obliku NH3 i NH4+, čiji odnos koncentracija zavisi od pH sredine, a za razblažene vodene rastvore određen je konstantom disocijacije pKa, koja je na 25 °C jednaka do 9.25:

gdje i su koncentracije molekula amonijaka i amonijevih jona, respektivno.

Ako samo nenabijene molekule amonijaka mogu prodrijeti kroz membranu, onda je lako pokazati da će koncentracije amonijevih jona na različitim stranama membrane u ravnoteži ovisiti o pH otopine u kontaktu s membranom. Da bi se demonstrirao proces transporta amonijaka kroz membranu u Jacobsovoj "vještačkoj ćeliji", koristi se njena sposobnost da promijeni pH.

Cilj rada. Nabavite "umjetne ćelije" koristeći Traube i Jacobs metode i promatrajte fenomen osmoze - kretanje vode kroz polupropusnu membranu duž gradijenta osmotskog potencijala.

Materijali i oprema: 1,0 N rastvori žute krvne soli, bakar sulfata, amonijum hlorida, natrijum hidroksida i hlorovodonične kiseline, 1% vodeni rastvor alkohola neutralne crvene boje, univerzalni indikator papir, fragmenti staklenih cevi istopljenih na kraju, polimerni film, niti , epruvete, 3 čaše kapaciteta 150–200 ml, štoperica.

1. Priprema Traubeove "vještačke ćelije". Razblaženjem pripremiti 1.0 N rastvor žute krvne soli (K4Fe(CN)6), 0.5 N i 1.N rastvora bakar sulfata (CuSO45 H2O). Uzmite dvije epruvete. U jednu sipajte 0,5 N, a u drugu 1,0 N rastvor bakar sulfata. Pažljivo pipetirajte duž stijenke epruvete u svaki 1,0 N rastvor žute krvne soli. Na dodirnoj površini otopina bakrenog sulfata i žute krvne soli formira se membrana od željeznog sulfida bakra:

Amorfni precipitat bakra-sinoksida željeza ima gotovo idealna osmotska svojstva, stoga, kada se kemijski potencijal molekula H2O razlikuje, treba uočiti protok vode, što dovodi do promjene volumena „umjetne ćelije“. Treba napomenuti da membrana od željeznog sulfida bakra ima slabu elastičnost. Stoga, kada se volumen "vještačke ćelije" poveća, membrana puca.

Vježbajte. Pratiti ponašanje “vještačkih ćelija” u 0,5 N i 1,0 N otopinama bakar sulfata. Skica "umjetne ćelije"

i opisati dinamiku promjena njihovog oblika.

2. Dobivanje “vještačke Jacobs ćelije”. Razblaživanjem pripremite 200 ml 0,5 N rastvora amonijum hlorida i 100 ml 0,5 N natrijum hidroksida. Sipajte rastvor natrijum hidroksida u čašu, a rastvor amonijum hlorida podelite na dva jednaka dela i sipajte u čaše kapaciteta 150-200 ml. Koristeći indikatorski papir i 1,0 N rastvore hlorovodonične kiseline i natrijum hidroksida, podesite kiselost rastvora u prvoj čaši na pH 9,0, au drugoj na pH 7,0.

Uzmite 3 fragmenta staklene cijevi. Stavite komad polimernog filma na otopljeni kraj svake i pažljivo ih zavežite koncem. Dodajte 5-10 kapi neutralnog crvenog rastvora u 50 ml vode i blago zakiselite medij sa 1-2 kapi hlorovodonične kiseline.

Napunite "vještačke Jacobsove ćelije" (fragmenti staklenih cijevi sa membranama) naznačenom otopinom indikatora. Stavite "vještačke Jacobsove ćelije" u čaše koje sadrže otopine natrijum hidroksida i amonijum hlorida tako da ovi mediji budu u kontaktu sa polimernom membranom.

Amonijak može difundirati kroz hidrofobnu fazu polimerne membrane. A kako je njegova koncentracija unutar “umjetne ćelije” zanemarljiva, molekule NH3 se iz otopine prenose u “ćeliju” i uzrokuju alkalizaciju sadržaja staklene cijevi, što se bilježi po nestanku grimiznocrvene boje „intracelularni“ sadržaj.

Vježbajte. Odredite vrijeme potrebno da crvena boja indikatora nestane u svakoj varijanti eksperimenta.

1. Zašto se koncentracija soli povećava blizu površine “vještačke ćelije” u 0,5 N rastvoru bakar sulfata?

2. Zašto “vještačka ćelija” bubri u 0,5 N rastvoru bakar sulfata, a u rastvoru od 1,0 N njena površina je stabilna?

3. Od kojih faktora zavisi stepen disocijacije slabih kiselina i baza?

4. Zašto pri stavljanju “vještačke ćelije” u rastvor natrijum hidroksida neutralna crvena boja nestaje?

5. Zašto pri postavljanju „vještačke ćelije” u neutralni rastvor amonijum hlorida dolazi do pomeranja pH „intracelularnog” sadržaja na slabo bazične vrednosti?

6. Šta je osmoza?

7. Koja rješenja se nazivaju hipo-, izo- i hipertonična?

FENOMEN PLAZMOLIZE I DEPLAZMOLIZE

PLANT CELL

Uvodne napomene. Proces izlaska vode iz biljne ćelije i ulaska u ćeliju kroz polupropusnu membranu može se pratiti posmatranjem fenomena plazmolize i deplazmolize. Kada se ćelija stavi u rastvor koji je hipertoničan u odnosu na ćelijski sok, dolazi do plazmolize - odvajanja protoplasta od ćelijskog zida usled smanjenja njegovog volumena usled oslobađanja vode iz ćelije u spoljašnji rastvor. . Tokom plazmolize mijenja se oblik protoplasta. U početku protoplast samo na pojedinim mjestima zaostaje za ćelijskim zidom, najčešće u uglovima. Plazmoliza ovog oblika naziva se ugaona. Sa povećanjem trajanja inkubacije biljne ćelije u hipertoničnom rastvoru, primećuje se sledeći oblik plazmolize - konkavna plazmoliza. Karakterizira ga očuvanje kontakata između protoplasta i ćelijskog zida na odvojenim mjestima, između kojih odvojene površine protoplasta poprimaju konkavni oblik. Postupno se protoplast odvaja od ćelijskih zidova po cijeloj površini i poprima zaobljen oblik. Ova vrsta plazmolize naziva se konveksna plazmoliza.

Nakon zamjene vanjske otopine čistom vodom, ova potonja počinje teći u ćeliju. Volumen protoplasta se povećava i dolazi do deplazmolize. Nakon njegovog završetka, protoplast ponovo ispunjava cijeli volumen ćelije.

Cilj rada. Dokažite, na osnovu fenomena plazmolize i deplazmolize, da je biljna ćelija osmotski sistem.

Materijali i oprema: mikroskop, predmetna i pokrivna stakla, sigurnosna britva, igla za seciranje, pinceta, 1 M rastvor saharoze, filter papir, lukovica luka.

Sa konveksne strane površine ljuski luka, čije su ćelije ljubičasto obojene zbog prisustva antocijana u vakuolama, epiderma se uklanja iglom za seciranje, stavlja u kap vode na stakalcu, pokriva sa pokrovnim stakalcem i pregledan pod mikroskopom. Zatim zamijenite vodu sa 1 M rastvorom saharoze. Da biste to učinili, nanesite veliku kap otopine na staklo pored pokrovnog stakala i isisajte vodu komadom filter papira, stavljajući ga na drugu stranu pokrovnog stakala. Ponovite ovu tehniku ​​2-3 puta dok se voda potpuno ne zamijeni otopinom. Preparat se ispituje pod mikroskopom. Uočava se postepeno zaostajanje protoplasta od staničnih zidova, prvo u uglovima, a zatim duž cijele površine zidova. Na kraju se protoplast potpuno odvaja od ćelijskog zida i poprima zaobljen oblik.

Zatim, koristeći gore opisanu metodu, zamijenite 1 M otopinu saharoze vodom. Voda ulazi u ćeliju, što dovodi do povećanja volumena protoplasta, koji postupno zauzima svoj prethodni položaj. Ćelija se vraća u prvobitno stanje.

Vježbajte. Nacrtajte uočene oblike plazmolize, kao i faze deplazmolize. Formulirajte zaključke.

1. Koje strukturne karakteristike biljne ćelije daju joj svojstva osmotskog sistema?

2. Šta je plazmoliza? Opišite glavne oblike plazmolize.

3. Šta je deplazmoliza? Pod kojim uslovima se posmatra?

ODREĐIVANJE OSMOTSKOG PRITISKA

ĆELIČNI SOK PLASMOLYTIC

METODOM

Uvodne napomene. Kada dva rastvora sadrže različite količine rastvorenih supstanci, usled inherentnog toplotnog kretanja molekula, dolazi do međusobne difuzije, što dovodi do izjednačavanja koncentracije rastvorenih supstanci u celoj zapremini, što je ekvivalentno situaciji mešanja tečnosti. Ako su ove otopine odvojene polupropusnom membranom koja zadržava molekule otopljenih tvari, tada će samo molekule otapala (vode) proći kroz kontaktnu granicu otopina. Štaviše, dolazi do jednosmjernog strujanja vode kroz membranu (osmoza). Pritisak koji se mora primeniti na jedno od rastvora sistema da bi se sprečilo da rastvarač uđe u njega naziva se osmotski pritisak. Osmotski pritisak rastvora je direktno proporcionalan njegovoj koncentraciji i apsolutnoj temperaturi. Van't Hoff je ustanovio da osmotski tlak razrijeđenih otopina poštuje plinske zakone i da se može izračunati pomoću formule:

gdje je R gasna konstanta (0,0821); T – apsolutna temperatura (273 oS + t oS) rastvora; C je koncentracija otopljene tvari u molovima; i – izotonični koeficijent.

Vrijednost izotoničnog koeficijenta određena je karakteristikama procesa rastvaranja tvari. Za neelektrolite (na primjer, za saharozu) i je jednako 1. Za otopine elektrolita vrijednost i ovisi o broju jona na koje se molekul raspada i o stepenu disocijacije. Vrijednosti i za otopine NaCl date su u tabeli.

Vrijednosti izotoničnog koeficijenta otopina natrijevog klorida Koncentracija NaCl Vrijednost i Vrijednost osmotskog tlaka ćelijskog soka izražava sposobnost biljne stanice da „apsorbira“ vodu i ukazuje na mogućnost rasta biljaka na tlima različitih voda. držanje snage. Istovremeno, povećanje osmotskog pritiska ćelijskog soka tokom suše je kriterijum za dehidraciju biljaka i potrebu za zalivanjem.

Plazmolitička metoda za određivanje osmotskog pritiska ćelijskog sadržaja zasniva se na činjenici da osmotski pritisak rastvora, koji određuje kretanje vode kroz membranu, mogu stvarati različite supstance (osmolitici). Stoga, da bi se odredio osmotski pritisak ćelijskog soka, nije potrebno poznavanje toga kvalitetan sastav i koncentracije pojedinih supstanci, ali je potrebno pronaći koncentraciju bilo koje supstance u vanjskom rastvoru pri kojoj neće doći do kretanja vode kroz plazmalemu u odsustvu turgora i plazmolize. Da bi se to postiglo, dijelovi tkiva koji se proučavaju se uranjaju u niz otopina poznatih koncentracija, a zatim se pregledavaju pod mikroskopom. Na osnovu činjenice da samo hipertonične otopine mogu izazvati plazmolizu, nalazi se najslabija od njih, u kojoj se u pojedinačnim stanicama otkriva samo početna plazmoliza. Sljedeća razrijeđena otopina neće plazmolizirati stanice.

Posljedično, koncentracija izotonične otopine za ove ćelije će biti jednaka (sa određenim stupnjem greške) aritmetičkoj sredini između koncentracija susjednih otopina.

Radi praktičnosti, rad se izvodi s tkivima čije ćelije sadrže antocijanine u ćelijskom soku: epiderma ljuski plavog luka, donja epiderma lista tradescantia. Rastvori saharoze ili NaCl se koriste kao plazmolitik.

Materijali i oprema: mikroskop, stakalca i pokrovni stakalci, sigurnosna britva, igla za seciranje, rastvori 1 M NaCl i 1 M saharoze, listovi tradescantia ili lukovice plavog luka.

Koristeći 1 M rastvor saharoze ili NaCl, pripremite razblaženjem 5 ml rastvora prema tabeli.

Nakon dobrog miješanja otopine, sipajte ih u staklene boce ili lončiće, gdje stavite 2-3 dijela tkiva koje se ispituje na 30 minuta.

U tom slučaju, potrebno je osigurati da sekcije ne plutaju na površini, već da su uronjene u tekućinu (ako dio pluta, treba ga "utopiti" pomoću igle za seciranje). Pokrijte boce poklopcima ili staklenim toboganima kako biste spriječili isparavanje.

Nakon što prođe navedeno vrijeme inkubacije, pregledajte isječke pod mikroskopom u kapi odgovarajućeg rastvora (ne u vodi!) istim redosledom kojim su uronjeni u rastvore. Staklena šipka ili pipeta kojom se otopina nanosi na staklena stakla mora se nakon svakog rastvora temeljito isprati destilovanom vodom i obrisati ubrusom ili filter papirom.

Vježbajte. Odredite prisustvo plazmolize i njen stepen u ispitivanom tkivu. Stepen plazmolize se izražava pojmovima: „jako“, „slabo“, „početno“, „nedostatak plazmolize“. Unesite rezultate u tabelu.

Stepen plazmolize Izotonična koncentracija, M Osmotski pritisak ćelijskog soka u atm i kPa Odrediti izotoničnu koncentraciju natrijum hlorida, odnosno sadržaj NaCl koji stvara osmotski pritisak sličan ćelijskom soku u ispitivanom tkivu. Izračunajte osmotski tlak pomoću jednačine (1). Koristeći koeficijent 101,3, izračunajte osmotski pritisak u kPa.

1. Šta je osmotski pritisak?

2. Kako se izračunava osmotski pritisak?

3. Od čega zavisi vrijednost izotoničnog koeficijenta?

4. Kriterijum za koji proces je povećanje osmotskog pritiska ćelijskog soka?

2. SVOJSTVA ĆELIČNIH MEMBRANA

Najvažnije svojstvo ćelijskih membrana je selektivna permeabilnost. Vanjska citoplazmatska membrana, odvajajući ćeliju od okoline, kontrolira transport tvari između stanice i slobodnog prostora. Intracelularne membrane, zbog svoje inherentne selektivne permeabilnosti, pružaju funkciju razdvajanja koja omogućava ćeliji i organelama da zadrže potrebne enzime i metabolite u malim količinama, stvore heterogeno fizičko-hemijsko mikrookruženje i provode različite strane membrane prolaze kroz različite, ponekad suprotno usmjerene, biohemijske reakcije.

Propustljivost ćelijskih membrana za različite supstance može biti kriterijum vitalnosti ćelije. Selektivna permeabilnost membrane se održava sve dok je ćelija živa.

PROUČAVANJE SELEKTIVNE PERMEABILNOSTI

PLAZMALEME BILJNIH ĆELIJA

Uvodne napomene. Permeabilnost plazma membrane za različite supstance može se uporediti na osnovu jednostavnih zapažanja koja karakterišu trajanje plazmolize u biljne ćelije, koji se nalazi u hipertonskim rastvorima ispitivanih supstanci. U slučaju dovoljno niske permeabilnosti plazmaleme za otopljenu supstancu ili potpunog odsustva sposobnosti njenih molekula da slobodno difundiraju u biljnu ćeliju, doći će do trajne plazmolize u kojoj plazmolizirane stanice mogu ostati u nepromijenjenom stanju dugo vremena. dugo vrijeme. Međutim, ako molekuli otopljene tvari prolaze kroz membranu, ali sporije od molekula vode, tada je plazmoliza koja počinje privremena i ubrzo nestaje. Kao rezultat postepenog prodiranja otopljene tvari u ćeliju, primijetit će se protok vode iz vanjskog rastvora duž gradijenta koncentracije, što će na kraju dovesti do prelaska ćelije u deplazmolizirano stanje.

Cilj rada. Uporedite propusnost ćelijskih membrana na različite supstance na osnovu posmatranja trajne i privremene plazmolize.

Materijali i oprema: mikroskop, dijapozitivi i pokrivna stakla, sigurnosna britva, igla za seciranje, pinceta, 1 M rastvor saharoze, 1 M rastvor uree, 1 M rastvor glicerina, filter papir, lukovica luka.

Kap rastvora se nanosi na tri predmetne stele: na jednoj - 1 M rastvor saharoze, na drugoj - 1 M rastvor uree, na trećem - 1 M rastvor glicerola. U svaku kap se stavlja fragment obojene epiderme luka, prekriva se pokrovnim stakalcima i ispituje pod mikroskopom. Pronađite područja u kojima su plazmolizirane ćelije jasno vidljive. Zabilježeno je vrijeme početka plazmolize - početak promatranja. Ostavite preparate 10-30 minuta, a zatim ih ponovo pregledajte pod mikroskopom. U otopini saharoze uočena je trajna plazmoliza, a u otopinama uree i glicerola - privremena. Razlog za deplazmolizu u posljednja dva rješenja je propusnost plazma membrane za molekule uree i glicerola.

Vježbajte. Provesti istraživanje karakteristika plazmolize biljnih ćelija u rastvorima različitih supstanci. Zabilježite rezultate opažanja u tabelu, bilježeći stepen plazmolize svakih 10 minuta nakon početka promatranja. Na osnovu analize eksperimentalnih rezultata utvrditi razlike u trajanju očuvanja plazmoliziranog stanja uzrokovane različitim osmoliticima i izvesti zaključak o relativnoj permeabilnosti plazmaleme za ispitivane supstance.

Rastvor Napomena: +++ – jaka plazmoliza, ++ – umjerena plazmoliza, + – slaba plazmoliza.

1. Šta je selektivna permeabilnost ćelijskih membrana?

2. Koje supstance lakše prodiru kroz ćelijske membrane?

3. Kako se svojstvo selektivne permeabilnosti može koristiti za određivanje održivosti biljne ćelije?

PROUČAVANJE DIFUZIJE NEUTRALNOG

CRVENO KROZ PLAZMALEMU

PLANT CELL

Uvodne napomene. Plazma membrana izoluje intracelularni sadržaj iz spoljašnje sredine. Razmjena tvari između unutarćelijskog sadržaja i okoline koja okružuje ćeliju odvija se njihovim transportom kroz membranu. Lipidni dvosloj je prepreka za kretanje supstanci. Većina egzogenih fiziološki značajnih supstanci ulazi u ćeliju kao rezultat funkcionisanja pasivnog i aktivnog transportnog sistema na plazmalemi. Međutim, moguća je i jednostavna pasivna difuzija kroz lipidni dvosloj, koji je hidrofobna faza.

Osnovni obrasci difuzije supstanci kroz lipidni dvosloj ustanovljeni su krajem 19. i početkom 20. veka, odnosno u tom periodu kada su biomembrane ostale samo hipotetičke strukture ćelije. Upravo činjenica da hidrofobne supstance bolje prodiru u ćeliju od hidrofilnih bila je osnova za pretpostavku istraživača o prisutnosti lipida u membrani.

Proces difuzije supstanci kroz membranu pokorava se Fickovom prvom zakonu, čiji je matematički izraz, primijenjen na membranu, opisan formulom:

gdje je Pi koeficijent propusnosti membrane za supstancu i; CII i CiI su koncentracije supstance i na obje strane membrane.

Slabe kiseline i baze karakteriše činjenica da stepen jonizacije njihovih molekula u razblaženim rastvorima zavisi od pH vrednosti (videti Laboratorijski rad 1, formula (2)). To znači da je stepen disocijacije slabih molekula elektrolita u opsegu pH vrednosti brojčano jednakih pKa 50%. Kada se pH smanji za jedan, više od 90% molekula slabe baze će biti ionizirano, a kada se pH poveća za istu količinu, manje od 10% će biti ionizirano.

Još u prvoj polovini dvadesetog veka pokazalo se da električni neutralni, nejonizovani molekuli slabih elektrolita prilično dobro prodiru kroz plazma membranu u biljne ćelije, dok se membrana ispostavlja praktično neprobojna za odgovarajuće ione. Na primjer, koeficijenti permeabilnosti plazmaleme za amonijak i amonijum jone razlikuju se više od 100 puta. Dakle, pH vrijednosti se pomjeraju za samo 1-2 jedinice. dovodi do više od 10-struke promjene u koncentraciji oblika molekula tvari transportiranih kroz membranu.

Među slabim elektrolitima, kiselo-bazni indikatori su od posebnog interesa, jer molekule ovih tvari karakterizira promjena njihovih optičkih svojstava nakon jonizacije. Osim toga, zbog karakteristične boje otopina ovih spojeva, vrlo je lako kolorimetrijski odrediti njihov sadržaj. Neutralno crvena (NR) je slaba baza. Jonizirani NA molekuli (na pH 6,8 i niže) boje otopine intenzivne grimizne boje. Kako se pH povećava sa 6,8 na 8,0, dolazi do postepene promjene boje u blijedožutu zbog smanjenja stepena disocijacije NA molekula. U alkalnim rastvorima preovlađuju električni neinficirani NA molekuli, koji se dobro transportuju kroz lipidni dvosloj plazma membrane, a u kiselim rastvorima preovlađuju NA ioni koji su slabo propusni za membranu.

NA molekuli koji ulaze u ćeliju kroz plazmalemu mogu difundirati kroz druge ćelijske membrane, međutim, nakon prodora unutar vakuole (kiseli dio biljne stanice), NA molekuli se ioniziraju, bojeći sadržaj vakuole grimizno. U tom slučaju se ispostavlja da su NK ioni "zatvoreni" u prostoru vakuole, odnosno imaju tendenciju akumulacije.

Cilj rada. Proučavanje obrazaca difuzije neutralnog crvenog kroz plazmalemu biljne ćelije Materijal i oprema: makaze, vodeno-alkoholni rastvor neutralnog crvenog, decinormalni rastvori natrijum hidroksida i hlorovodonične kiseline, univerzalni indikator papir, Petrijeve zdjelice, mikroskop, štoperica , kultura algi Nitella flexilis.

Dodajte 5 kapi neutralnog crvenog rastvora u 100 ml vode.

Sipajte ovu otopinu podjednako u 4 Petrijeve posude. Kontrolisanjem kiselosti sadržaja Petrijevih posuda pomoću univerzalnog indikatorskog papira pomoću rastvora HCl i NaOH, kiselost u prvoj Petrijevoj posudi dovedite na pH 9,0, u drugoj na pH 8,0, u trećoj na pH 7,0, u četvrtoj do pH 9,0. pH 5,0. Označite Petrijeve zdjelice.

Koristeći makaze, pažljivo uklonite 8-12 internodija algi sa steljke Nitella flexilis. Ispitujući internodije pod mikroskopom, uvjerite se da su pripremljene ćelije nativne: žive, neoštećene ćelije zadržavaju kontinuirane redove hloroplasta smještene paralelno sa svjetlosnom linijom; osim toga, uočava se intenzivno kretanje citoplazme - cikloza.

Stavite 2-3 ćelije internodija algi u Petrijeve zdjelice.

Pokrenite štopericu.

Vježbajte. Odredite vrijeme potrebno za bojenje stanica algi u svakom eksperimentu. Da biste to učinili, nakon 5 minuta uporedite ćelije internodija algi svake od varijanti po intenzitetu boje. Ponovite operaciju nakon 10, 20, 30 minuta. Zapišite rezultate posmatranja u tabelu. Izvucite zaključke o oblicima slabe baze koji difundiraju kroz membranu.

pH vrednost medijuma Napomena: +++ – intenzivna boja, ++ – srednja boja, + – slaba boja, – bez boje.

1. Od kojih faktora zavisi stepen disocijacije slabih kiselina i baza?

2. Zašto su biomembrane propusnije za nedisocirane oblike slabih elektrolita?

3. Pod kojim uslovima se uočava nakupljanje slabog elektrolita u ćeliji?

PROMJENA PROPUSNOSTI TONOPLAST-a

I PLAZMALEME ZA BETACIJANIN ISPOD

FIZIČKO I HEMIJSKO DJELOVANJE

FAKTORI

Uvodne napomene. Selektivna permeabilnost ćelijskih membrana se menja pod uticajem različitih faktora. Utjecaj bilo koje tvari ili stanja na propusnost membrane može se odrediti mjerenjem oslobađanja različitih metabolita iz ćelije.

Betacijanin, pigment cvekle, je relativno velika, visoko rastvorljiva molekula koja se nalazi u ćelijskom soku.

Da bi ušao u vanjsko okruženje, molekul betacijanina mora proći kroz tonoplast, glavni citoplazmatski matriks i plazmalemu. Tonoplasti živih ćelija su neprobojni za molekule ovog pigmenta. Difuzija betacijanina iz vakuole u medij može se dogoditi prilično brzo pod djelovanjem različitih faktora ili agenasa koji uzrokuju povećanje propusnosti membrane. Mjerenjem optičke gustine inkubacionog medijuma nakon određenog vremenskog perioda moguće je proceniti stepen uticaja određenog faktora na permeabilnost membrane.

Cilj rada. Odrediti uticaj temperature, kao i kiselina i alkohola na propusnost ćelijskih membrana za betacijanin njegovim oslobađanjem u spoljašnji rastvor.

Materijali i oprema: destilovana voda, 30% rastvor sirćetne kiseline, 50% rastvor etanola, filter papir, epruvete, stalak za epruvete, vodeno kupatilo, spektrofotometar ili fotokolorimetar, cvekla.

Nakon uklanjanja pokrivnog tkiva, korijen cvekle se reže na kockice (strana kocke 5 mm) i dobro pere vodom 5-10 minuta kako bi se uklonio pigment koji se oslobodio iz oštećenih ćelija.

Zatim se stavljaju jedan po jedan u svaku od 4 epruvete, u koje se ulije po 5 ml različitih medija prema eksperimentalnoj shemi: destilirana voda (2 epruvete), otopine octene kiseline i etanola.

Prva epruveta sa destilovanom vodom ostavi se u postolju, a sadržaj druge se zagreva u vodenom kupatilu 2-3 minuta. Nakon 30 minuta, sve epruvete se snažno protresu, kockice cvekle se vade, a intenzitet boje rastvora se određuje fotokolorimetrom sa filterom zelene svetlosti ili spektrofotometrom = 535 nm.

Optička gustina rastvora, Intenzitet boje, Eksperimentalna opcija Zadavanje. Istražite. Rezultate mjerenja optičke gustoće unesite u tabelu. Identifikovati razlike u permeabilnosti tonoplasta i plazma membrane za betacijanin u ćelijama korena repe izloženim različitim faktorima i zaključiti o razlozima ovih razlika.

1. Kakav je značaj selektivne permeabilnosti ćelijskih membrana?

2. Od čega zavisi selektivna permeabilnost membrana biljnih ćelija?

3. SVOJSTVA CITOPLAZME

Glavni volumen citoplazme koji ispunjava prostor između ćelijskih organela naziva se citosol. Udio vode u citosolu je približno 90%. Gotovo sve glavne biomolekule nalaze se u otopljenom obliku u citosolu. Prave otopine formiraju ione i male molekule (soli zemnoalkalnih i zemnoalkalnih metala, šećere, aminokiseline, masne kiseline, nukleotide i otopljene plinove). Velike molekule, poput proteina, formiraju koloidne otopine. Koloidna otopina može biti sol (neviskozna) ili gel (viskozna). Intenzitet većine intracelularnih procesa zavisi od viskoznosti citosola.

Najvažnije svojstvo citoplazme je njeno aktivno kretanje.

Ovo je karakteristična karakteristika žive biljne ćelije, pokazatelj aktivnosti njenih vitalnih procesa. Kretanje citoplazme osigurava unutarćelijski i međućelijski transport tvari, kretanje organela unutar stanice i igra važnu ulogu u reakcijama razdražljivosti. Elementi citoskeleta - mikrofilamenti i mikrotubule - učestvuju u njegovoj implementaciji. Izvor energije za ovo kretanje je ATP. Citoplazmatsko kretanje (cikloza) je jedan od najosjetljivijih pokazatelja vitalnosti stanica. Mnogi čak i manji utjecaji zaustavljaju ili, naprotiv, ubrzavaju.

UTICAJ KALIJUMA I KALCIJUMA IONA NA

VISKOZITET CITOPLAZME BILJNIH ĆELIJA

Uvodne napomene. Pojedinačni katjoni mogu značajno promijeniti viskozitet citoplazme. Utvrđeno je da ioni kalija doprinose povećanju sadržaja vode i smanjenju viskoznosti. Niža viskoznost citoplazme pogoduje odvijanju sintetičkih procesa i unutarćelijskom transportu tvari, ali smanjuje otpornost biljnih stanica na nepovoljne vanjske uvjete. Za razliku od kalijuma, kalcijum povećava viskoznost citoplazme. Sa većim viskozitetom citosola, fiziološki procesi se odvijaju sporije, što povećava otpornost ćelije na nepovoljne uslove okoline.

Promjene u viskoznosti citoplazme pod utjecajem iona kalija i kalcija mogu se suditi po obliku plazmolize u stanicama u hipertonskim otopinama njihovih soli. Kada se biljne ćelije inkubiraju duže vrijeme u otopinama koje sadrže kalijeve ione, uočava se kap plazmoliza. U tom slučaju ioni kalija prolaze kroz plazmalemu u citoplazmu, ali prilično sporo prodiru kroz tonoplast u vakuolu. Kao rezultat bubrenja citoplazme, protoplast poprima konveksan oblik, odvajajući se samo od poprečnih presjeka ćelijskih zidova, od kojih se uočava stvaranje takozvanih "kapica". Povećanje citoplazmatskog viskoziteta uzrokovano kalcijem lako je otkriti promatranjem promjene oblika protoplasta koji plazmolizuje: ako plazmolitik sadrži kalcij, tada konkavna plazmoliza često prelazi u konvulzivni oblik.

Cilj rada. Proučiti prirodu utjecaja jona kalija i kalcija na viskoznost citoplazme biljne stanice na osnovu opažanja kape i konvulzivne plazmolize.

Materijali i oprema: mikroskop, predmetna i pokrivna stakla, žilet za brijanje, igla za seciranje, pinceta, 1 M rastvor KNO3, 1 M rastvor Ca(NO3)2, filter papir, lukovica luka.

Na jedno stakalce stavlja se kap 1 M rastvora kalijum nitrata, a na drugo 1 M rastvor kalcijum nitrata. Komad epiderme luka, uklonjen sa konkavne površine iste lukove ljuske, stavlja se u obje kapi i pokriva pokrovnim stakalcima. Nakon 30 minuta preparati se ispituju pod mikroskopom u rastvorima u kojima su se nalazili. Uočen je fenomen plazmolize. U nekim epidermalnim stanicama koje se drže u otopini KNO3, citoplazma formira “kapice” na strani poprečnih staničnih stijenki, čija je pojava posljedica povećanja hidratacije citosola pod utjecajem jona kalija. Ioni kalcija, naprotiv, povećavaju viskoznost citoplazme, povećavaju njene adhezione sile na ćelijski zid, a protoplast poprima nepravilne oblike karakteristične za konvulzivnu plazmolizu.

Vježbajte. Nacrtajte uočene oblike plazmolize. Otkriti ovisnost oblika plazmolize o viskoznosti citoplazme u prisustvu jona kalija i kalcija.

1. Kako joni kalijuma i kalcijuma utiču na viskoznost citoplazme?

2. U kojim uslovima se primećuje konvulzivna plazmoliza?

3. Šta uzrokuje formiranje “čepova” kao rezultat inkubacije ćelija u otopini KNO3?

POSMATRANJE KRETANJA CITOPLAZME

BILJNE ĆELIJE I NJEGOVO MERENJE

BRZINA

Uvodne napomene. Najpogodnije za promatranje kretanja citoplazme su velike biljne stanice s velikim vakuolama (ćelije internodija charophyte algi, morske sifonske zelene alge, stanice listova vodenih biljaka Elodea, Vallisneria itd.). Postoji nekoliko tipova kretanja citoplazme. Najčešće je oscilatorno kretanje. Smatra se najmanje uređenim, jer u ovom slučaju neke čestice miruju, druge klize na periferiju, a treće u centar ćelije. Pokret je nestabilan i nasumičan. Cirkulatorno kretanje je karakteristično za ćelije koje imaju citoplazmatske niti koje prelaze centralnu vakuolu. Smjer i brzina kretanja čestica koje se nalaze unutar ili na površini citoplazmatskog sloja, kao ni u citoplazmatskim slojevima, nisu konstantni. Tokom rotacionog kretanja, citoplazma se kreće samo na periferiji ćelije i kreće se poput pogonskog remena. Kretanje ovog tipa, za razliku od cirkulacije, ima manje-više konstantnu i uređenu prirodu, te je stoga pogodno za kvantitativno proučavanje. Pored navedenih, postoje i citoplazmatski pokreti, kao što su šikljanje i pokreti šatla. Vrste kretanja se međusobno uslovno razlikuju i u istoj ćeliji se mogu kretati od jedne do druge.

Kretanje citoplazme može se okarakterisati određivanjem njene brzine, koja ne zavisi samo od pokretačke sile, već i od viskoziteta citoplazme. Brzina kretanja citoplazme može se izmjeriti pod mikroskopom posmatranjem kretanja njenih čestica.

Cilj rada. Upoznajte se s rotacijskim tipom kretanja citoplazme i izmjerite njegovu brzinu u različitim biljnim objektima.

Materijali i oprema: mikroskop, stakalca i pokrovni stakalci, sigurnosna britva, igla za seciranje, umjetni vodeni rastvor za ribnjak, list valisnerije, internodalne ćelije nitele.

Oštrom britvom se od ploštice lista Vallisneria odsječe mali komadić, pokušavajući što manje ozlijediti list, stavite ga u kap vode na staklo i pregledajte pod mikroskopom, prvo na niskom, a zatim na veliko uvećanje. Ne preporučuje se pravljenje rezova od lista, jer su ćelije teško povrijeđene i kretanje u njima prestaje. Kretanje citoplazme može se lako uočiti kretanjem svih hloroplasta u jednom smjeru duž ćelijskog zida. Ovo kretanje se naziva rotacijski.

Za promatranje cikloze u ćelijama Nitelle, unaprijed pripremljene ćelije se stavljaju u posebne komore, koje su napunjene otopinom umjetne ribnjačke vode. Sve charophyte alge također pokazuju rotacijski tip citoplazmatskog kretanja, ali hloroplasti u ovim stanicama su nepokretni. Neposredno uz celuloznu membranu nalazi se gust i nepomičan sloj citoplazme, koji se naziva ektoplazma. U ovom sloju su fiksirane hromatofore, koje formiraju jedan sloj tijesno susjednih pravilnih uzdužnih redova. Između vakuole i sloja ektoplazme nalazi se unutrašnji tekući pokretni sloj citoplazme, takozvana endoplazma. Njegovo intenzivno kretanje može se uočiti po kretanju organela manjih od hloroplasta - malih bezbojnih inkluzija suspendiranih u citoplazmi.

Za određivanje brzine kretanja citoplazme koristite štopericu i okularno ravnalo postavljeno u okular mikroskopa. Pomoću štoperice broji se vrijeme tokom kojeg hloroplast ili druga pokretna čestica prijeđe udaljenost između dvije odabrane podjele očnog ravnala. Takva mjerenja u istoj ćeliji se izvode 3-5 puta. Da bi se izračunala brzina kretanja citoplazme, mjeri se vrijednost podjele očnog ravnala. Da bi se to postiglo, na stub mikroskopa se postavlja predmetni mikrometar koji se ispituje kroz okularni mikrometar. Pričvrstite odabrano sočivo na podjele predmetnog mikrometra i izbrojite broj podjela mikrometra objekta. Cijena podjela očnog mikrometra izračunava se po formuli gdje je N cijena podjela očnog mikrometra; 10 µm – cijena mikrometarske podjele; b – broj podjela mikrometra okulara koji se uklapaju u (a) podjele mikrometra objekta.

Brzina kretanja čestica je omjer udaljenosti u mikrometrima i broja sekundi tokom kojih čestica koja se kreće pređe ovu udaljenost (μm/s).

Vježbajte. Odredite brzinu kretanja citoplazme u stanicama vodenih biljaka. Rezultate mjerenja unesite u tabelu. Uradi šematski crtežićelije ispitivanih objekata i strelice pokazuju smjer kretanja citoplazme, upoređuju prirodu i brzinu cikloze.

Objekt Tip kretanja Udaljenost Vrijeme putovanja čestica, s Brzina cikloze, 1. Šta je citosol?

2. Kako oblik plazmolize zavisi od viskoznosti citoplazme biljnih ćelija?

3. Šta je to? biološki značaj kretanje citoplazme?

4. Koji su glavni tipovi kretanja citoplazme?

5. Šta određuje brzinu kretanja citoplazme?

Od autora………………………………………………………………….

1. BILJNA ĆELIJA KAO OSMOTIK

SISTEM………………………………………………………….

Laboratorijski rad Modeli biljnih ćelija…………………………………………….. Laboratorijski rad Fenomen plazmolize i deplazmolize biljne ćelije………. Laboratorijski rad Određivanje osmotskog pritiska ćelijskog soka plazmolitičkom metodom………………………………………………. 2. SVOJSTVA ĆELIČNIH MEMBRANA………..…………..

Laboratorijski rad Proučavanje selektivne permeabilnosti plazmaleme biljne ćelije……………………………….……………………………………….. Laboratorijski rad Proučavanje difuzije neutralnog crvenog kroz plazmalemu Laboratorijski rad Promene u permeabilnosti tonoplasta i plazmaleme za betacijanin pod uticajem fizičkih i hemijskih faktora... 3. SVOJSTVA CITOPLAZME……………………………. Laboratorijski rad Uticaj jona kalijuma i kalcijuma na viskoznost citoplazme biljne ćelije……………………………………………… ..……………………. Laboratorijski rad Posmatranje kretanja citoplazme biljnih ćelija i mjerenje njegove brzine………………………………………………………………….

FIZIOLOGIJA BILJNIH ĆELIJA

Radionica "Fiziologija biljaka"

za studente Biološkog fakulteta Odgovorni za izdanje A.P. Kudryashov Potpisano za objavljivanje 31. avgusta 2009. Format 6084/16. Offset papir.

Tip slova Times. Uslovno pećnica l. 1.63. Academic ed. l. 1.62. Tiraž 50 primjeraka. Zach.

Bjeloruski državni univerzitet 220030, Minsk, Avenija nezavisnosti, 4.

Štampano prema originalnom izgledu kupca pomoću opreme za kopiranje Belorussky državni univerzitet.

Slični radovi:

"MINISTARSTVO ZDRAVLJA RUSIJE Državna budžetska obrazovna ustanova visokog stručnog obrazovanja IRKUTSK DRŽAVNI MEDICINSKI UNIVERZITET (GBOU HPE IGMU Ministarstva zdravlja Rusije) Kurs fizikalne terapije i medicine sporta AKADEMSKA DISCIPLINA FIZIKALNA TERAPIJA I REKLAMACIJA MEDICINSKE KOMPANIJE ZA MEDICINSKU KONTROLU STUDENATA specijalnost: 060103 (040200) – Pedijatrija (PED), 5. godina TEMA ČASA: Vježbena terapija U SISTEMU MEDICINSKE REHABILITACIJE. OSNOVE..."

« UNIVERZITET Katedra za životnu sigurnost, anatomiju i fiziologiju FIZIOLOGIJA (FIZIOLOGIJA LJUDI I ŽIVOTINJA) Obrazovno-metodološki kompleks Za studente koji studiraju na specijalnosti 020201 Biologija Gorno-Altajsk RIO Gorno-Altajski državni univerzitet 2008. Objavljeno odlukom metodološki savet Gorno-Altajska država..."

“Recenzenti: doktor bioloških nauka, profesor Valerij Petrovič Panov - Moskovska poljoprivredna akademija; Doktor poljoprivrednih nauka, profesor Nikolaj Vasiljevič Gruždev - rukovodilac. Odsjek za nauku o privatnim životinjama Univerziteta RUDN. Blokhin G.I. et al. K64 Kinologija. Udžbenik za univerzitete / G. I. Blokhin, M. Yu. Gladkikh, A. A. Ivanov, B. R. Ovsishcher, M. V. Sidorova - M.: OOO Publishing House Scriptorium 2000, 2001. - 432 str. sa bolesnim. Udžbenik sadrži informacije o anatomiji, fiziologiji, ishrani, održavanju, uzgoju i genetici pasa..."

"KAZANSKI FEDERALNI (VOLGA) UNIVERZITET Fakultet za biologiju i zemljište Katedra za fiziologiju ljudi i životinja PRAKTIKUM O FIZIČKO-HEMIJSKIM METODAMA U BIOLOGIJI Nastavno-metodički priručnik Yakovleva O.V., Sitdikova G.F., Yakovlev A.V. Kazan-2010 1 Objavljeno odlukom nastavno-metodološkog veća Fakulteta za biologiju i nauke o tlu KF(P)U protokol br. sa sastanka Katedre za fiziologiju ljudi i životinja br. recenzenta: Yakovleva O.V., Sitdikova. G.F., Yakovlev A.V. Radionica o fizičko-hemijskim metodama...”

“Bilten o novim dolascima (novembar 2008.) 1. DRUŠTVENE NAUKE 1.1. Filozofija. Psihologija. Logika 1. Yu9ya7 Bogomolova, N. N. Socijalna psihologija masovne komunikacije: udžbenik. poB 74 priručnik za univerzitete / N. N. Bogomolova. - M.: Aspect Press, 2008. - 191 str. a - 1; h/zo - 1; 2. Yuya7 Uvod u filozofiju: udžbenik. priručnik za univerzitete / I. T. Frolov [etc.]. - 4. B 24. izd., revidirano. i dodatne - M.: Kulturna revolucija, 2007. - 623 str. student - 1; 3. Yu Goldobina, L. A. Društvo kao posebna vrsta bića:...”

„BIOLOŠKI FAKULTET BELERUSKOG DRŽAVNOG UNIVERZITETA Katedra za botaniku OSNOVE BOTANIKE Uputstvo za izvođenje laboratorijske nastave za redovne studente 1. godine smerova 1-31 01 02 Biohemija; 1-31 01 03 Mikrobiologija MINSK 2013. UDK 581.4 (077) BBK 28.56 r.ya73 O-75 Sastavili: T. A. Sautkina, V. D. Poliksenova, A. K. Hramcov, V. N. Tihomi, Bjeloruski savjet, V. N. Tikomi, D. Državni univerzitet 27. februara 2013...”

„BIOLOŠKI FAKULTET BELERUSKOG DRŽAVNOG UNIVERZITETA Katedra za fiziologiju ljudi i životinja RAZVOJ VIŠIH KREMENJAKA: PTICE Smjernice za predmet Biologija individualnog razvoja za studente Biološkog fakulteta specijalnosti 1-31 01 01 Biologija MINSK MINSK 2061707 Autor. i sastavljači: G. T. Maslova, A.V. Sidorov Preporuka Nastavnog veća Biološkog fakulteta 7. decembra 2007, protokol br. 5 Recenzent: kandidat bioloških nauka, vanredni profesor C...."

„Državna budžetska obrazovna ustanova visokog stručnog obrazovanja Irkutsk državni medicinski univerzitet Ministarstva zdravlja Ruska Federacija Kardiovaskularni sistem: anatomske i fiziološke karakteristike, metode istraživanja i semiotika glavnih lezija Edukativno-metodološki priručnik Irkutsk IGMU 2012 1 UDC BBK 57.319ya73 C 32 Preporuka Federalne službe za migracije Pedijatrijskog fakulteta Državne budžetske visokoškolske ustanove IGMU Ministarstva zdravlja Rusije kao ... „ZDRAVLJE I SOCIJALNI RAZVOJ RUSKOG FEDERACIJE (GBOU VPO VOLGGMU MINISTARSTVO ZDRAVLJA I SOCIJALNOG RAZVOJA RUSIJE) Odobravam _ šefa. Katedra za patološku fiziologiju, doktor medicinskih nauka, profesor L.N. Rogova METODOLOŠKA RAZVOJA za studente izvođenja praktične nastave iz discipline Patofiziologija, Patofiziologija glave i vrata u specijalnosti...”

“Federalna agencija za obrazovanje Državna obrazovna ustanova visokog stručnog obrazovanja GORNO-ALTAJSKI DRŽAVNI UNIVERZITET Odsjek za sigurnost života, anatomiju i fiziologiju LJUDI Obrazovno-metodološki kompleks Za studente koji studiraju na specijalnosti 020201 Biologija Gorno-Altaisk RIO Gorno-Altajski državni univerzitet 2009. odluka metodološkog vijeća Gorno-Altai State University UDK 611; 591.4 BBK Autorski..."

„Donjecki državni medicinski univerzitet. M. Gorky Katedra za medicinsku hemiju SMJERNICE za praktičnu nastavu medicinske hemije za međunarodne studente prve godine Medicinski fakultet. Donjeck - 2011 1 Smjernice pripremio: glava. odsjek, vanredni profesor Rozhdestvensky E.Yu. Vanredni profesor Sidun M.S., v nastavnik Pavlenko V.I., asistenti odsjeka Ignatieva V.V., Boytsova V.E., Busurina Z.A., Streletskaya L.P., Sidorenko L.M. Smjernice su odobrene za...”

„DRŽAVNI MEDICINSKI UNIVERZITET IRKUTSKA Katedra za komunalnu higijenu i higijenu djece i adolescenata HIGIJENSKI ZAHTJEVI ZA DJEČJU OBUĆU (nastavno-metodički priručnik za studente pedijatrijskog fakulteta) Irkutsk, 2010. Higijenski priručnik za dječiju obuću. ., Popov I.P., Makarova L.I. - Irkutsk: Izdavačka kuća IGMU, 2010. Edukativni priručnik pripremljen je pod uredništvom voditelja. Katedra profesora Ignatieva L.P. Osoblje odjela..."

“BIOLOŠKI FAKULTET BELERUSKOG DRŽAVNOG UNIVERZITETA Katedra za fiziologiju čovjeka i životinja RAZVOJ VODOZEMA Smjernice za predmet Biologija individualnog razvoja za studente Biološkog fakulteta specijalnosti 1-31 01 01 Biologija MINSK 2007. UDC 6128. 6106. G. T. Maslova, A V. Sidorov Preporuka Nastavnog veća Biološkog fakulteta 10. aprila 2007, protokol br. 7 Recenzent: kandidat bioloških nauka, vanredni profesor S. V. Glušen..."

„Obezbeđivanje obrazovnog procesa drugim bibliotečko-informacionim resursima i sredstvima podrške obrazovnom procesu neophodnim za realizaciju onih koji su deklarisani za licenciranje obrazovne programe Specijalnost Autor, naziv, mjesto izdavanja, izdavač, godina Količina Broj izdanih primjeraka za studente koji studiraju disciplinu Opšta medicina 060101 Akušerstvo. za studente medicine univerziteti Savelyeva, Akušerstvo 537 432 Shalina, Sichinava, Panina, Kurtser. - M.: GEOTAR-Media, 2009...”

„Pjatigorska filijala Državne budžetske obrazovne ustanove visokog stručnog obrazovanja Volgogradski državni medicinski univerzitet Ministarstva zdravlja Ruske Federacije ODELJENJE ZA BIOLOŠKU HEMIJU I MIKROBIOLOGIJU E.G. DORKINA OPĆA MIKROBIOLOGIJA. DIO 2 FIZIOLOGIJA MIKROORGANIZAMA Metodičko uputstvo za samostalni (vannastavni) rad studenata 1. godine (redovni studij) iz discipline C2.B.11 - MIKROBIOLOGIJA Pjatigorsk 2013 1 UDK...”

„FEDERALNA AGENCIJA ZA OBRAZOVANJE DRŽAVNA OBRAZOVNA USTANOVA VISOKOG STRUČNOG OBRAZOVANJA DRŽAVNI UNIVERZITET VORONJEŽ A.T. Eprintsev, V.N. Popov, D.N. Fedorin IDENTIFIKACIJA I PROUČAVANJE EKSPRESIJE GENA Obrazovno-metodološki priručnik za univerzitete Izdavačko-štamparski centar Voronješkog državnog univerziteta 2008. Odobreno od strane naučno-metodološkog veća Fakulteta za biologiju i nauke o tlu 14. februara 2008. godine, Protokol br. ...”

"DRŽAVNA OBRAZOVNA USTANOVA VISOKOG STRUČNOG OBRAZOVANJA KURSK DRŽAVNI MEDICINSKI UNIVERZITET MINISTARSTVO ZDRAVLJA RUSKOG FEDERACIJE FAKULTET FARMACIJE ODSJEK ZA BIOLOŠKU HEMIJU PRIRUČNIK ZA PRIPREMU STUDIJSKOG FAKULTETA ZA BIOLOŠKU HEMIJU U FAKULTETU SMJEŠTAJA U FAKULTETU RUSKA FEDERACIJA ACEUTIKA, DOPISNI ODJEL KURSK - 2005 UDK: 54 :57 (072) BBK: 24:28 Y7 Objavljeno odlukom uređivačko-izdavačkog vijeća KSMU Priručnik za samostalno učenje iz biološke hemije...”

„DRŽAVNA BUDŽETSKA OBRAZOVNA USTANOVA VISOKOG STRUČNOG OBRAZOVANJA VOLGOGRADSKI DRŽAVNI MEDICINSKI UNIVERZITET MINISTARSTVA ZDRAVLJA I SOCIJALNE POLITIKE RUSKOG FEDERACIJE (GBOU VPO VPO VOLGGMU MINISTARSTVO ZDRAVSTVA I POLITIKE RF A RUSIJA) Odobravam šefa. Katedra za patološku fiziologiju, doktor medicinskih nauka, prof. L. N. Rogova METODOLOŠKA RAZVOJA za studente za izvođenje praktične nastave iz discipline Patofiziologija, patofiziologija glave i vrata u specijalnosti...”

“1 2 N. I. Fedyukovich ANATOMIJA I FIZIOLOGIJA ČOVEKA Odobreno od strane Ministarstva obrazovanja Ruske Federacije kao nastavno sredstvo za studente medicinske škole studenti koji studiraju na specijalnosti 0406 Sestrinstvo Drugo izdanje Rostov na Donu Feniks 2003 BBK 28.8â723 F32 3 Fedyukovich N.I.F 32 Anatomija i fiziologija čoveka: Udžbenik. Ed. 2nd. - Rostov n/d: izdavačka kuća: Phoenix, 2003. - 416 str. IN udžbenik obrađena su pitanja normalne ljudske anatomije i fiziologije, uzimajući u obzir...”

Uvod 2

1.Osnovne činjenice o strukturi ćelijske membrane 3

2. Opšti pogledi o propusnosti 4

3. Prenos molekula preko membrane 4

3.1. Difuzija 5

3.2 Fikova jednačina 6

3.3 Pasivni transport 7

3.3.1 Razlike između olakšane difuzije i jednostavne difuzije 8

4. Darcyjev zakon 8

5. Aktivni transport 9

6. Struktura i funkcije jonskih kanala 11

Zaključak 15

Reference 17

UVOD

Membranski transport je transport supstanci kroz ćelijsku membranu u ćeliju ili iz nje, koji se vrši različitim mehanizmima - jednostavnom difuzijom, olakšanom difuzijom i aktivnim transportom.

Najvažnije svojstvo biološke membrane je njena sposobnost da ulazi i izlazi iz ćelije. razne supstance. Ima veliki značaj za samoregulaciju i održavanje konstantnog sastava ćelija. Ova funkcija stanične membrane se obavlja zbog selektivne permeabilnosti, tj. sposobnost da se neke supstance prođu, a druge ne. Najlakše proći kroz lipidni dvosloj nepolarnih molekula sa malom molekulskom težinom (kiseonik, azot, benzol). Male polarne molekule kao što su ugljični dioksid, dušikov oksid, voda i urea prodiru prilično brzo kroz lipidni dvosloj. Etanol i glicerol, kao i steroidi i hormoni štitnjače, prolaze kroz lipidni dvosloj primjetnom brzinom. Za veće polarne molekule (glukoza, aminokiseline), kao i za jone, lipidni dvosloj je praktično nepropustan, jer je njegova unutrašnjost hidrofobna. Tako je za vodu koeficijent propusnosti (cm/s) oko 10-2, za glicerol – 10-5, za glukozu – 10-7, a za monovalentne jone – manje od 10-10.

Prijenos velikih polarnih molekula i jona događa se zbog proteina kanala ili proteina nosača. Tako u ćelijskim membranama postoje kanali za jone natrijuma, kalija i hlora, u membranama mnogih ćelija akvaporinski vodeni kanali, kao i proteini nosači za glukozu, različite grupe aminokiselina i mnoge jone. Aktivni i pasivni transport.

Membrane formiraju strukturu ćelije i vrše njene funkcije. Poremećaj funkcija ćelijskih i intracelularnih membrana je u osnovi ireverzibilnog oštećenja ćelija i, kao posledica, razvoja teških bolesti kardiovaskularnog, nervnog i endokrinog sistema.

1. Osnovne činjenice o strukturi ćelijske membrane.

Ćelijske membrane uključuju plazma membranu, kariolemu, membrane mitohondrija, ER, Golgijev aparat, lizozome i peroksizome. Zajednička karakteristika svih ćelijskih membrana je da su tanki (6-10 nm) slojevi lipoproteinske prirode (lipidi u kompleksu sa proteinima). Glavne hemijske komponente ćelijskih membrana su lipidi (40%) i proteini (60%); osim toga, ugljikohidrati (5-10%) su pronađeni u mnogim membranama.

Plazma membrana okružuje svaku ćeliju, određuje njenu veličinu i održava razliku između sadržaja ćelije i njenog spoljašnjeg okruženja. Membrana služi kao visoko selektivan filter i odgovorna je za aktivni transport supstanci, odnosno ulazak nutrijenata u ćeliju i uklanjanje štetnih otpadnih produkata. Konačno, membrana je odgovorna za percepciju vanjskih signala, omogućava ćeliji da na njih odgovori vanjske promjene. Sve biološke membrane su sklopovi molekula lipida i proteina koji se drže zajedno nekovalentnim interakcijama.

Osnovu svake molekularne membrane čine molekuli lipida koji formiraju dvosloj. Lipidi obuhvataju veliku grupu organskih supstanci koje imaju lošu rastvorljivost u vodi (hidrofobnost) i dobru rastvorljivost u organskim rastvaračima i mastima (lipofilnost). Sastav lipida u različitim membranama nije isti. Na primjer, plazma membrana, za razliku od membrana endoplazmatskog retikuluma i mitohondrija, obogaćena je kolesterolom. Tipični predstavnici lipida koji se nalaze u ćelijskim membranama su fosfolipidi (glicerofosfatidi), sfingomijelini i steroidni lipidi - holesterol.

Karakteristika lipida je podjela njihovih molekula na dva funkcionalno različita dijela: hidrofobne nepolarne, koje ne nose naboj („repovi“), koje se sastoje od masnih kiselina, i hidrofilne, nabijene polarne „glave“. Ovo određuje sposobnost lipida da spontano formiraju dvoslojne (bilipidne) membranske strukture debljine 5-7 nm.

Prvi eksperimenti koji su to potvrdili izvedeni su 1925. godine.

Formiranje dvosloja je posebno svojstvo molekula lipida i događa se čak i izvan ćelije. Najvažnija svojstva dvosloja: sposobnost samosastavljanja - fluidnost - asimetrija.

2. Opće ideje o propusnosti.

Karakteristike membrana, zidova krvnih sudova i epitelnih ćelija, koje odražavaju sposobnost provođenja hemikalija; razlikovati aktivni (aktivni transport supstanci) i pasivni P. (fagocitoza). I pinocitoza ); pasivne i (u nekim slučajevima) aktivne P. (velike molekule) osiguravaju membranske pore; P. za niskomolekularne tvari (na primjer, ione) osiguravaju specifične membranske strukture uz sudjelovanje molekula nosača.

3. Transfer molekula preko membrane.

Budući da je unutrašnjost lipidnog sloja hidrofobna, ona predstavlja gotovo neprobojnu barijeru za većinu polarnih molekula. Zbog prisustva ove barijere sprečava se curenje ćelijskog sadržaja, ali je zbog toga ćelija bila primorana da stvori posebne mehanizme za transport materija rastvorljivih u vodi preko membrane. Prijenos malih molekula topivih u vodi vrši se pomoću posebnih transportnih proteina. To su posebni transmembranski proteini, od kojih je svaki odgovoran za transport određenih molekula ili grupa srodnih molekula.

Ćelije također imaju mehanizme za transport makromolekula (proteina), pa čak i velikih čestica kroz membranu. Proces preuzimanja makromolekula od strane ćelije naziva se endocitoza. Uopšteno govoreći, mehanizam njegovog nastanka je sljedeći: lokalna područja plazma membrane se invaginiraju i zatvaraju, formirajući endocitnu vezikulu, zatim apsorbirana čestica obično ulazi u lizozome i podliježe degradaciji.

3.1 Difuzija (latinski diffusio - širenje, širenje, raspršivanje) je proces prijenosa tvari ili energije iz područja visoke koncentracije u područje niske koncentracije (protiv gradijenta koncentracije). Najpoznatiji primjer difuzije je miješanje plinova ili tekućina (ako se tinta ispusti u vodu, tekućina će nakon nekog vremena postati jednolično obojena). Drugi primjer se odnosi na čvrstu materiju: ako je jedan kraj štapa zagrijan ili električno nabijen, toplina se širi (ili struja) od toplog (napunjenog) dijela prema hladnom (nenapunjenom) dijelu. U slučaju metalne šipke, toplotna difuzija se brzo razvija i struja teče gotovo trenutno. Ako je štap napravljen od sintetičkog materijala, termička difuzija je spora, a difuzija električno nabijenih čestica je vrlo spora. Difuzija molekula je općenito još sporija. Na primjer, ako se komad šećera stavi na dno čaše vode i voda se ne miješa, bit će potrebno nekoliko sedmica prije nego što otopina postane homogena. Difuzija jednog se dešava još sporije solidan drugome. Na primjer, ako je bakar presvučen zlatom, tada će doći do difuzije zlata u bakar, ali u normalnim uvjetima (sobna temperatura i atmosferski pritisak) sloj koji sadrži zlato će tek nakon nekoliko hiljada godina dostići debljinu od nekoliko mikrometara.

Sve vrste difuzije podležu istim zakonima. Brzina difuzije je proporcionalna površini presjek uzorka, kao i razlike u koncentracijama, temperaturama ili nabojima (u slučaju relativno malih vrijednosti ovih parametara). Dakle, toplota će se širiti četiri puta brže kroz štap prečnika dva centimetra nego kroz štap prečnika jedan centimetar. Ova toplina će se širiti brže ako je temperaturna razlika u jednom centimetru 10°C umjesto 5°C. Brzina difuzije je također proporcionalna parametru koji karakterizira određeni materijal. U slučaju toplinske difuzije, ovaj parametar se naziva toplinska provodljivost, a u slučaju protoka električnih naboja naziva se električna provodljivost. Količina tvari koja difundira u datom vremenu i udaljenost koju difuzna tvar prijeđe proporcionalni su kvadratni korijen vrijeme difuzije.

Difuzija je proces zasnovan na molekularnom nivou i određen je slučajnom prirodom kretanja pojedinačnih molekula. Brzina difuzije je stoga proporcionalna prosječnoj brzini molekula. U slučaju plinova, prosječna brzina malih molekula je veća, naime, obrnuto je proporcionalna kvadratnom korijenu mase molekula i raste s porastom temperature. Često se nalaze procesi difuzije u čvrstim materijama na visokim temperaturama praktična upotreba. Na primjer, određene vrste katodnih cijevi (CRT) koriste metalni torij difundiran kroz metal volfram na 2000 °C.

3.2 Fikova jednačina

U većini praktičnih slučajeva umjesto hemijskog potencijala koristi se koncentracija C. Direktna zamjena µ sa C postaje netačna u slučaju visokih koncentracija, jer je kemijski potencijal povezan s koncentracijom prema logaritamskom zakonu. Ako ne uzmemo u obzir takve slučajeve, onda se gornja formula može zamijeniti sljedećim:

što pokazuje da je gustina protoka supstance J proporcionalna koeficijentu difuzije D i gradijentu koncentracije. Ova jednačina izražava Fikov prvi zakon (Adolph Fick je njemački fiziolog koji je uspostavio zakone difuzije 1855.). Fikov drugi zakon odnosi se na prostorne i vremenske promjene koncentracije (difuziona jednačina):

Koeficijent difuzije D zavisi od temperature. U velikom broju slučajeva, u širokom temperaturnom rasponu, ova zavisnost predstavlja Arrheniusovu jednačinu.

Procesi difuzije su od velike važnosti u prirodi:

Prehrana, disanje životinja i biljaka;

Prodor kiseonika iz krvi u ljudska tkiva.

3.3 Pasivni transport

Pasivni transport je prenošenje materija sa mesta sa visokim elektrohemijskim potencijalom na mesta sa nižom vrednošću.

U eksperimentima s umjetnim lipidnim dvoslojevima, ustanovljeno je da što je molekula manja i što manje vodikovih veza formira, to brže difundira kroz membranu. Dakle, što je manja molekula i što je rastvorljivija u mastima (hidrofobna ili nepolarna), to će brže prodrijeti kroz membranu. Difuzija tvari kroz lipidni dvosloj uzrokovana je gradijentom koncentracije u membrani. Molekule supstanci nerastvorljivih u lipidima i hidratiziranih jona topivih u vodi (okruženi molekulima vode) prodiru kroz membranu kroz lipidne i proteinske pore. Mali nepolarni molekuli su lako rastvorljivi i brzo difunduju. Nenabijene polarne molekule malih veličina su također rastvorljive i difuzne.

Važno je da voda vrlo brzo prodire u lipidni dvosloj uprkos činjenici da je relativno nerastvorljiva u mastima. To je zbog činjenice da je njegova molekula mala i električno neutralna.

Osmoza je preferencijalno kretanje molekula vode kroz polupropusne membrane (nepropusne za otopljene tvari i propusne za vodu) od mjesta niže koncentracije otopljene tvari do mjesta veće koncentracije. Osmoza je u suštini jednostavna difuzija vode sa mesta sa većom koncentracijom vode u mesta sa nižom koncentracijom vode. Osmoza igra veliku ulogu u mnogim biološkim fenomenima. Fenomen osmoze uzrokuje hemolizu crvenih krvnih zrnaca u hipotoničnim otopinama.

Dakle, membrane mogu dozvoliti vodi i nepolarnim molekulima da prođu kroz jednostavnu difuziju.

3.3.1 Razlike između olakšane difuzije i jednostavne:

1) prijenos tvari uz učešće nosača odvija se mnogo brže;

2) olakšana difuzija ima svojstvo zasićenja: sa povećanjem koncentracije na jednoj strani membrane, gustina protoka supstance raste samo do određene granice, kada su svi molekuli nosači već zauzeti;

3) kod olakšane difuzije primećuje se konkurencija između transportovanih materija u slučajevima kada prevoznik prevozi različite materije; Štaviše, neke supstance se bolje podnose od drugih, a dodavanje nekih supstanci otežava transport drugih; Tako se među šećerima glukoza bolje podnosi od fruktoze, fruktoza od ksiloze, a ksiloza od arabinoze itd. itd.;

4) postoje tvari koje blokiraju olakšanu difuziju - formiraju jak kompleks s molekulama nosačima, na primjer, floridzin inhibira transport šećera kroz biološku membranu.

4. Darcyjev zakon

Darcyjev zakon (Henri Darcy, 1856) - zakon filtracije tekućina i plinova u poroznom mediju. Dobijeno eksperimentalno. Izražava zavisnost brzine filtracije fluida od gradijenta pritiska:

gdje je: - brzina filtracije, K - koeficijent filtracije, - gradijent pritiska. Darcyjev zakon je povezan s nekoliko mjernih sistema. Medijum sa propusnošću od 1 Darcy (D) dozvoljava protok od 1 cm³/s tečnosti ili gasa viskoziteta od 1 cp (mPa s) pod gradijentom pritiska od 1 atm/cm koji deluje na površini od 1 cm². 1 millidarcy (mD) je jednak 0,001 Darcy.

U SI mjernom sistemu, 1 Darcy je ekvivalentan 9,869233×10−13 m² ili 0,9869233 µm². Ova konverzija je obično približno 1 µm². Treba napomenuti da je ovaj broj recipročan od 1,013250 - faktor konverzije iz atmosfera u barove.

Transport kroz lipidni dvosloj (jednostavna difuzija) i transport uz učešće membranskih proteina

5. Aktivni transport

Drugi proteini nosači (ponekad se nazivaju proteini pumpe) prenose supstance kroz membranu koristeći energiju, koja se obično dobija hidrolizom ATP-a. Ova vrsta transporta odvija se protiv gradijenta koncentracije transportirane tvari i naziva se aktivni transport.

Simport, antiport i uniport

Membranski transport tvari također se razlikuje po smjeru njihovog kretanja i količini tvari koju nosi određeni nosač:

1) Uniport - transport jedne supstance u jednom pravcu u zavisnosti od gradijenta

2) Simport - transport dve supstance u jednom pravcu kroz jedan nosač.

3) Antiport - kretanje dve supstance u različitim pravcima kroz jedan nosač.

Uniport izvodi, na primjer, naponski natrijumski kanal kroz koji se joni natrijuma kreću u ćeliju tokom stvaranja akcionog potencijala.

Symport se provodi pomoću transportera glukoze koji se nalazi na vanjskoj (okrenutoj prema lumenu crijeva) strani crijevnih epitelnih stanica. Ovaj protein istovremeno hvata molekulu glukoze i natrijev ion i, mijenjajući konformaciju, prenosi obje tvari u ćeliju. Ovo koristi energiju elektrohemijskog gradijenta, koji zauzvrat nastaje zbog hidrolize ATP-a natrijum-kalijum ATPazom.

Antiport se izvodi, na primjer, pomoću natrijum-kalijum ATPaze (ili natrijum-zavisne ATPaze). On transportuje jone kalijuma u ćeliju. a iz ćelije - joni natrijuma.

Rad natrijum-kalijum ATPaze kao primer antiportnog i aktivnog transporta

U početku, ovaj transporter vezuje tri Na + jona na unutrašnju stranu membrane. Ovi ioni mijenjaju konformaciju aktivnog mjesta ATPaze. Nakon takve aktivacije, ATPaza je u stanju da hidrolizira jednu molekulu ATP-a, a fosfatni ion se fiksira na površini transportera na unutrašnjoj strani membrane.

Oslobođena energija se troši na promjenu konformacije ATPaze, nakon čega tri Na+ jona i jedan ion (fosfat) završavaju na vanjskoj strani membrane. Ovdje se ioni Na+ odvajaju i zamjenjuju sa dva K+ jona. Tada se konformacija nosača mijenja u prvobitnu, a ioni K+ završavaju na unutrašnjoj strani membrane. Ovdje se ioni K+ odvajaju i transporter je ponovo spreman za upotrebu.

Ukratko, djelovanje ATPaze može se opisati na sljedeći način:

1) “Uzima” tri Na+ jona iz unutrašnjosti ćelije, zatim razdvaja ATP molekul i dodaje sebi fosfat

2) „Izbacuje“ jone Na+ i vezuje dva K+ jona iz spoljašnje sredine.

3) Isključuje fosfat, oslobađajući dva K+ jona u ćeliju

Kao rezultat, stvara se visoka koncentracija Na+ jona u vanćelijskom okruženju, a visoka koncentracija K+ jona stvara se unutar ćelije. Rad Na +, K + - ATPaze stvara ne samo razliku koncentracije, već i razliku naboja (radi kao elektrogena pumpa). Pozitivan naboj se stvara na vanjskoj strani membrane, a negativan na unutrašnjoj strani.

6. Struktura i funkcije jonskih kanala.

Model ekscitabilne membrane pretpostavlja regulirani transport jona kalija i natrijuma kroz membranu. Međutim, direktan prolaz jona kroz lipidni dvosloj je veoma težak, tako da bi gustina jonskog fluksa bila veoma niska da ion prolazi direktno kroz lipidnu fazu membrane. Ovo i niz drugih razmatranja dali su razlog za vjerovanje da membrana mora sadržavati neke posebne strukture - provodne ione.

Takve strukture su pronađene i nazvane jonski kanali. Slični kanali izolovani su iz različitih objekata: plazma membrane ćelija, postsinaptičke membrane mišićnih ćelija i drugih objekata. Poznati su i jonski kanali formirani antibioticima.

Osnovna svojstva jonskih kanala:

1) selektivnost;

2) nezavisnost rada pojedinih kanala;

3) diskretna priroda provodljivosti;

4) zavisnost parametara kanala od membranski potencijal.

Pogledajmo ih redom.

1. Selektivnost je sposobnost jonskih kanala da selektivno propuste jone jedne vrste.

Već u prvim eksperimentima na aksonu lignje otkriveno je da ioni natrija i kalija imaju različite efekte na membranski potencijal. Kalijumovi joni menjaju potencijal mirovanja, a natrijum menjaju akcioni potencijal.

Mjerenja su pokazala da jonski kanali imaju apsolutnu selektivnost prema kationima (kationski selektivni kanali) ili anionima (anion-selektivni kanali). Istovremeno, različiti kationi različitih tipova mogu proći kroz kationsko-selektivne kanale. hemijski elementi, ali će provodljivost membrane za manji jon, a samim tim i struja kroz njega, biti znatno niža, na primjer, za natrijumski kanal, kalijumova struja kroz njega bit će 20 puta manja. Sposobnost jonskog kanala da propušta različite jone naziva se relativna selektivnost i karakteriše je niz selektivnosti - odnos provodljivosti kanala za različiti joni, uzeti u istoj koncentraciji.

2. Nezavisnost rada pojedinih kanala. Protok struje kroz pojedinačni jonski kanal ne zavisi od toga da li struja teče kroz druge kanale. Na primjer, kalijevi kanali se mogu uključiti ili isključiti, ali se struja kroz natrijumove kanale ne mijenja. Utjecaj kanala jedni na druge javlja se indirektno: promjena propusnosti nekih kanala (na primjer, natrijuma) mijenja membranski potencijal, a to već utječe na provodljivost drugih jonskih kanala.

3. Diskretna priroda provodljivosti jonskih kanala. Jonski kanali su kompleks podjedinica proteina koji pokrivaju membranu. U njegovom središtu nalazi se cijev kroz koju mogu proći ioni.

Broj ionskih kanala na 1 μm površine membrane određen je korištenjem radioaktivno obilježenog blokatora natrijumskih kanala, tetrodotoksin. Poznato je da se jedan TTX molekul veže samo za jedan kanal. Zatim mjerenje radioaktivnosti uzorka sa poznato područje omogućilo je da se pokaže da postoji oko 500 natrijumovih kanala po 1 μm aksona lignje. Ovo je prvi put otkriveno 1962. godine u studijama provodljivosti dvoslojnih membrana lipida (BLM) kada su mikrokoličine određene supstance koja indukuje ekscitaciju dodane u rastvor koji okružuje membranu. Na BLM je primijenjen konstantni napon i struja je zabilježena. Struja je zabilježena tokom vremena u obliku skokova između dva provodna stanja.

Rezultati eksperimenata na različitim ionskim kanalima pokazali su da je provodljivost jonskog kanala diskretna i da može biti u dva stanja: otvorenom ili zatvorenom. Prenaponi struje su uzrokovani istovremenim otvaranjem 2 ili 3 kanala. Prijelazi između stanja jonskog kanala dešavaju se u nasumično vrijeme i poštuju statističke zakone. Ne može se reći da će se dati jonski kanal otvoriti baš u ovom trenutku. Možete dati samo izjavu o vjerovatnoći otvaranja kanala u određenom vremenskom intervalu.

Jonski kanali su opisani karakterističnim životnim vijekom otvorenog i zatvorenog stanja.

4. Ovisnost parametara kanala o membranskom potencijalu. Jonski kanali nervnih vlakana su osjetljivi na membranski potencijal, kao što su natrijum i kalijum kanali aksona lignje. To se očituje u činjenici da se nakon početka depolarizacije membrane odgovarajuće struje počinju mijenjati jednom ili drugom kinetikom. U jeziku "jonskih kanala", ovaj proces se odvija na sljedeći način. Jonski selektivni kanal ima tzv

“senzor” je određeni element njegovog dizajna koji je osjetljiv na djelovanje električnog polja (vidi sliku). Kada se membranski potencijal promijeni, veličina sile koja djeluje na njega se mijenja, kao rezultat toga, ovaj dio ionskog kanala se pomiče i mijenja vjerovatnoću otvaranja ili zatvaranja "kapije" - svojevrsnog prigušivača koji radi prema " sve ili ništa” zakon.

Struktura jonskih kanala

Jonski selektivni kanal se sastoji od sljedećih dijelova, proteinskog dijela uronjenog u dvosloj, koji ima strukturu podjedinice; selektivni filter formiran od negativno nabijenih atoma kisika, koji su kruto locirani na određenoj udaljenosti jedan od drugog i omogućavaju prolaz iona određenog promjera; gate part.

„Kapija“ jonskog kanala kontroliše se membranskim potencijalom i može biti u zatvorenom stanju (isprekidana linija) ili u otvorenom stanju (puna linija). Normalan položaj kapije natrijumovog kanala je zatvoren. Pod utjecajem električnog polja povećava se vjerovatnoća otvorenog stanja, kapija se otvara i protok hidratiziranih jona može proći kroz selektivni filter.

Ako ion "stane" u prečniku, onda odbacuje hidratantnu ljusku i skače na drugu stranu jonskog kanala. Ako je jon prevelikog prečnika, kao što je tetraetilamonijum, ne može da prođe kroz filter i ne može da prođe kroz membranu. Ako je, naprotiv, ion premali, onda ima poteškoća u selektivnom filteru, ovoga puta povezane s poteškoćama u uklanjanju hidratantne ljuske. Za „odgovarajući“ ion, odbačena voda je zamijenjena vezama s atomima kisika koji se nalaze u filteru; za „neprikladan“ ion, sterički spoj je lošiji. Zbog toga mu je teže proći kroz filter i manja mu je provodljivost kanala.

Blokatori jonskih kanala ili ne mogu proći kroz njega, zaglavi se u filteru, ili, ako velikih molekula kao i TTX, sterički odgovaraju nekom ulazu u kanal. Budući da blokatori nose pozitivan naboj, njihov nabijeni dio se uvlači u kanal do selektivnog filtera kao običan kation, a makromolekul ga začepljuje.

Tako se promjene električnih svojstava ekscitabilnih biomembrana provode pomoću jonskih kanala. To su proteinske makromolekule koje prodiru u lipidni dvosloj i mogu postojati u nekoliko diskretnih stanja. Svojstva kanala selektivnih za jone kalijuma, natrijuma i kalcijuma mogu različito zavisiti od membranskog potencijala, što određuje dinamiku akcionog potencijala u membrani, kao i razlike u tim potencijalima u membranama različitih ćelija.

Zaključak

Bilo koji molekul može proći kroz lipidni dvosloj, ali brzina pasivne difuzije supstanci, tj. Prijelaz tvari iz područja veće koncentracije u područje niže koncentracije može biti vrlo različit. Za neke molekule to traje toliko dugo da se može govoriti o njihovoj praktičnoj nepropusnosti za lipidni dvosloj membrane. Brzina difuzije supstanci kroz membranu zavisi uglavnom od veličine molekula i njihove relativne rastvorljivosti u mastima.

Mali nepolarni molekuli kao što su O2, steroidi, hormoni štitnjače i masne kiseline najlakše prolaze jednostavnom difuzijom kroz lipidnu membranu. Mali polarni nenabijeni molekuli - CO2, NH3, H2O, etanol, urea - također difundiraju prilično velikom brzinom. Difuzija glicerola je mnogo sporija, a glukoza praktički ne može sama proći kroz membranu. Lipidna membrana je nepropusna za sve nabijene molekule, bez obzira na veličinu.

Transport takvih molekula moguć je zbog prisustva u membranama ili proteina koji formiraju kanale (pore) u lipidnom sloju ispunjenom vodom, kroz koje tvari određene veličine mogu proći jednostavnom difuzijom, ili specifičnih proteina nosača koji, selektivno u interakciji sa određenim ligandima, olakšavaju njihov transport kroz membranu (olakšana difuzija).

Osim pasivnog transporta tvari, ćelije sadrže proteine ​​koji aktivno pumpaju određene tvari otopljene u vodi protiv njihovog gradijenta, tj. iz niže koncentracije u područje veće koncentracije. Ovaj proces, koji se naziva aktivni transport, uvijek se odvija uz pomoć proteina nosača i odvija se uz utrošak energije.

Vanjski dio kanala je relativno pristupačan za proučavanje, a proučavanje unutrašnjeg dijela predstavlja značajne poteškoće. P. G. Kostyuk razvio je metodu intracelularne dijalize, koja omogućava proučavanje funkcije ulaznih i izlaznih struktura jonskih kanala bez upotrebe mikroelektroda. Pokazalo se da se dio ionskog kanala koji je otvoren u vanćelijski prostor po svojim funkcionalnim svojstvima razlikuje od dijela kanala koji je okrenut prema unutarćelijskom okruženju.

Jonski kanali daju dva važna svojstva membrane: selektivnost i provodljivost.

Selektivnost, ili selektivnost, kanala je osigurana njegovom posebnom strukturom proteina. Većina kanala je električno kontrolirana, odnosno njihova sposobnost da provode ione ovisi o veličini membranskog potencijala. Kanal je po svojim funkcionalnim karakteristikama heterogen, posebno u pogledu proteinskih struktura koje se nalaze na ulazu u kanal i na njegovom izlazu (tzv. mehanizmi kapije).

Fickova jednadžba

Znak “–” pokazuje da je ukupna gustina protoka supstance tokom difuzije usmerena ka smanjenju gustine, D je koeficijent difuzije. Formula pokazuje da je gustina protoka supstance J proporcionalna koeficijentu difuzije D i gradijentu koncentracije. Ova jednačina izražava Fikov prvi zakon (Adolph Fick je njemački fiziolog koji je uspostavio zakone difuzije 1855.).

Jonski selektivni kanal se sastoji od sljedećih dijelova, proteinskog dijela uronjenog u dvosloj, koji ima strukturu podjedinice; selektivni filter formiran od negativno nabijenih atoma kisika, koji su čvrsto locirani na određenoj udaljenosti jedan od drugog i dopuštaju ionima određenog promjera da prođu; dio kapije. Jonski kanali daju dva važna svojstva membrane: selektivnost i provodljivost. Kalcijumski kanali igraju ključnu ulogu u srčanim ćelijama.

Bibliografija

2. Yu. I. Afanasyev, N. A. Yurina, E. F. Kotovsky i dr. Histologija. M.

4. Filippovič Yu.B. Osnove biohemije. M., Viša škola, 1985. Difuzija

5. Basniev K. S., Kochina N. I., Maksimov M. V. Podzemna hidromehanika. // M.: Nedra, 1993, str. 41-43

6. Gennis R. Biomembranes. Molekularna struktura i funkcija. M., Mir, 1997

Cilj rada: pokazuju da je ćelijska membrana selektivno propusna. Vizuelno demonstrirati ulogu membrane u procesu fagocitoze i pinocitoze.

Oprema: mikroskopi, pokrivna stakla i stakalca, skalpeli, igle za seciranje, čaše za vodu i rastvore, filter papir, pipete, mastilo. Kultura cilijata, ameba, lista elode. Rastvori NaCl ili KCl, rastvori CaCl ili MgCl, 2% rastvor albumina, 10% rastvor NaCl, destilovana voda.

napredak:

Stavite cilijate u slabu otopinu NaCl ili KCl. Pripremite mikroslajd za mikroskop. Može se vidjeti skupljanje ćelija, što ukazuje na propusnost ćelijske membrane. U tom slučaju voda odlazi iz ćelije u okolinu. Prenesite ćelije u kap destilovane vode ili uklonite rastvor ispod pokrovnog stakla pomoću filter papira i zamenite ga destilovanom vodom. Posmatrajte kako ćelije bubre dok voda ulazi u njih.

Stavite cilijate u rastvor CaCl ili MgCl niske koncentracije (isto kao i prethodni rastvor). Trepavice nastavljaju da žive, ne primećuju se deformacije. Ca i Mg joni smanjuju propusnost stanične membrane, za razliku od Na i K jona. Nema kretanja vode kroz školjku.

Stavite amebe u kap 2% rastvora albumina (belanca od kokošjeg jajeta). Pripremite mikroslajd za mikroskop. Nakon nekog vremena, mjehurići, izbočine i tubule počinju se formirati na površini ameba. Čini se da površina ameba "ključa". Ovo je praćeno intenzivnim kretanjem tečnosti blizu površine membrane. Mjehurići tekućine okruženi su izbočinama citoplazme. Koje se onda zbližavaju. Pinocitotični mjehurići se ponekad pojavljuju iznenada, što ukazuje na brzo hvatanje kapljice tekućine zajedno s tvari rastvorljivom u njoj.

Stavite amebe u rastvor šećera. Nema pinocitoze. Pinocitozu uzrokuju samo tvari koje snižavaju površinski napon stanične membrane, na primjer aminokiseline i neke soli. U kap tečnosti u kojoj se nalaze amebe dodajte malo fino mlevenog mastila. Pripremite preparat za mikroskop. Nakon nekog vremena, amebe se počinju polako kretati prema zrnima lešine, oslobađajući pseudopodije. Zrna trupa su pričvršćena za površinu pseudopodije, zatim ih polako okružuju i nakon nekog vremena nalaze se uronjena u citoplazmu. Posmatrajte fenomen fagocitoze u amebi pod mikroskopom.

U citoplazmi ćelija elodeje vidljivo je mnogo okruglo-ovalnih zelenih tijela - to su kloroplasti. Pregledajte ćelije blizu srednje reke lista. U njima se može otkriti kretanje citoplazme i plastida duž zidova. Ako je pokret jedva primjetan, zagrijte preparat pod električnom lampom.

Nacrtajte sve što ste vidjeli na mikroslajdovima. Razgovarajte o procesima koje ste vidjeli u grupama, pokušajte ih objasniti.

Laboratorijski rad na identifikaciji aromorfoza i idioadaptacija kod biljaka i životinja

Cilj rada: pokazati na konkretnim primjerima nastanak velikih sistematskih grupa kroz aromorfozu, upoznati se s primjerima mogućih idioadaptacija organizama (degeneracija), otkriti utjecaj ljudske aktivnosti na glavne pravce organske evolucije

Oprema: herbarijumi biljaka (mahovina, trputac, četinjača, kritosjemenjače), biljke sa bodljama, dlakom (devin trn, šipak), crteži kljuna i nogu ptica, životinje sa zaštitnim (kamuflažnim) bojama, ribe raža.

napredak:

Analizirajući glavne karakteristike spora, golosemenjača i angiosperms, razumjeti biljne aromorfoze

Odredite idioadaptaciju na osnovu biljnih bodlji i žljezdanih vlakana

Analizirajte primjere idioadaptacije: struktura kljuna i nogu ptica koje žive u različitim uvjetima okoline

Utvrdite razloge idioadaptacije u strukturi ribe raža

ODJELJAK 2

LABORATORIJSKE VJEŽBE

Laboratorijski rad br.1

Poređenje propusnosti membrane živih i mrtvih ćelija

vježba: identificirati razlike u propusnosti membrane živih i mrtvih stanica i donijeti zaključke o razlozima tih razlika.

Materijali i oprema: epruvete, stalak za epruvete, skalpel, alkoholna lampa ili plinski plamenik, 30% rastvor sirćetne kiseline, cvekla.

Operativni postupak

1. Nakon uklanjanja pokrivnog tkiva, korijen cvekle se isječe na kockice (strana kocke 5 mm) i dobro opere vodom kako bi se uklonio pigment koji se oslobodio iz oštećenih ćelija.

2. Ubacite jedan komad cvekle u tri epruvete. U prvi i drugi se ulije 5 ml vode, u treći se ulije 5 ml 30% otopine octene kiseline. Prva epruveta je ostavljena za kontrolu. Sadržaj drugog se kuva 2-3 minuta.

3. Vakuole ćelija korena cvekle sadrže betacijanin, pigment koji daje boju tkivu korena. Tonoplasti živih ćelija su neprobojni za molekule ovog pigmenta. Nakon stanične smrti, tonoplast gubi svoje polupropusno svojstvo, postaje permeabilan, molekule pigmenta napuštaju ćelije i boje vodu.

U drugoj i trećoj epruveti, gdje su ćelije ubijene kuhanjem ili kiselinom, voda postaje obojena, ali u prvoj epruveti ostaje neobojena.

4. Zapišite rezultate svojih zapažanja.

Laboratorijski rad br. 2

Turgor, plazmoliza i deplazmoliza

vježba: proučavati pod mikroskopom fenomene turgora, plazmolize i deplazmolize u epidermalnim stanicama plavog luka.

Materijali i oprema: mikroskopi, oprema za seciranje, špiritne lampe, plavi luk, korijen repe, 30% rastvor šećera, 5-8% rastvor kalijum nitrata.

Operativni postupak

1. Napravite ravan dio epiderme od plavog luka i stavite ga na staklo u kapi vode.

2. Kap pokriti pokrovnim staklom i posmatrati ćelije u turgorskom stanju kroz mikroskop.

3. Uzmite kap 30% rastvora šećera i stavite je pored pokrivnog stakla.

4. Dodirujući filter papir na suprotni kraj pokrivnog stakla, zamijenite vodu u preparatu otopinom šećera.

5. Ponovo posmatrajte pod mikroskopom. Ako plazmoliza još nije primjetna, ponovite zamjenu vode otopinom šećera.

Pod mikroskopom će se jasno vidjeti plazmoliza u živim epidermalnim stanicama.

6. Eksperiment provesti obrnutim redoslijedom, tj. ponovo vratiti vodu i uočiti fenomen deplazmolize.

7. Nacrtajte ćelije u stanju turgora, plazmolize i deplazmolize.

8. Da biste dokazali da se plazmoliza i deplazmoliza javljaju samo u živim ćelijama, izvedite takav eksperiment paralelno. Držite jedan od dijelova epiderme luka u kapi vode iznad plamena alkoholne lampe da ubijete ćelije. Zatim nanesite otopinu šećera i pogledajte da li dolazi do plazmolize.

Opisano iskustvo omogućuje vam da se upoznate ne samo s procesima turgora, plazmolize i deplazmolize, već i s procesom ulaska tvari u ćeliju (u ovom slučaju molekula šećera iz otopine).

Kod proučavanja fenomena plazmolize i deplazmolize u ćelijama korena repe postupak je isti, ali je umesto rastvora šećera bolje koristiti 5% rastvor kalijum nitrata.

Laboratorijski rad br. 3

Određivanje transpiracije gravimetrijskom metodom

vježba: Gravimetrijskom metodom odrediti količinu vode koju biljka ispari u određenom vremenskom periodu.

Materijali i oprema: vage, utezi, makaze, posuđe, stalak, žive biljke.

Operativni postupak

1. Postavite cijev u obliku slova U na postolje i sipajte vodu u nju. Odrežite jedan list biljke (ili malu granu sa dva lista) i pomoću pamučnog čepa ga pričvrstite za jednu nogu (pamučni čep ne smije dodirivati ​​vodu, inače će voda kroz njega ispariti). Drugo koljeno zatvorite gumenim ili plastičnim čepom (ako nema takve epruvete, možete uzeti običnu epruvetu i površinu vode napuniti biljnim uljem da spriječite isparavanje).

2. Izvažite uređaj i istovremeno mali kristalizator napunjen vodom. Stavite uređaj i kristalizator na prozor.

3. Nakon 1-2 sata, ponovo izvagati. Masa se u oba slučaja smanjuje kako voda isparava.

Laboratorijski rad br. 4

Posmatranje kretanja stomata

vježba: posmatrati pomeranje stomata, objasniti razlog za pomeranje stomata, skicirati stomate u vodi i u rastvorima 5 i
20%- idi glicerin.

Cilj rada: promatrati kretanje stomata u vodi i u otopini glicerola.

Materijali i oprema: rastvori glicerina (5 i 20%), 1M rastvor saharoze, mikroskopi, stakalca i pokrovne čaše, igle za seciranje, filter papir, boce, listovi bilo koje biljke.

Operativni postupak

1. Pripremite nekoliko delova donje epiderme lista i stavite ih u 5% rastvor glicerina na 2 sata. Glicerol prodire u vakuole zaštitnih ćelija, smanjuje njihov potencijal vode i stoga povećava njihovu sposobnost da apsorbuju vodu. Sekcije se stavljaju na staklo u istom rastvoru, beleži se stanje ćelija i skicira.

2. Zamijenite glicerin vodom, izvlačeći ga ispod stakla filter papirom. U ovom slučaju se opaža otvaranje stomatalnih proreza. Nacrtaj drogu.

3. Zamijenite vodu jakim osmotskim sredstvom - 20% otopinom glicerina ili 1M otopinom saharoze. Uočava se zatvaranje stomata.

4. Izvucite zaključke.

Laboratorijski rad br. 5

Proizvodi fotosinteze

vježba: proučavati proces stvaranja primarnog škroba u listovima.

Materijali i oprema: alkoholne lampe, vodene kupke, makaze, električni štednjaci, žarulje sa žarnom niti od 200-300 W, posuđe, živo bilje (buča, pasulj, pelargonijum, jaglac itd.), etanol, rastvor joda u kalijum jodidu.

Operativni postupak

1. Koristeći skrobni test, dokažite da skrob nastaje tokom fotosinteze.

Dobro zalivenu biljku treba staviti na tamno mjesto 2-3 dana. Za to vrijeme doći će do odliva asimilata iz listova. Novi skrob se ne može formirati u mraku.

Da bi se dobio kontrast iz procesa fotosinteze, dio lista mora biti zatamnjen. Da biste to učinili, možete upotrijebiti negativ za fotografije ili dva identična svjetlosno-otporna zaslona, ​​pričvrstiti ih na gornji i donji dio. Slike na ekranu (isječci) mogu biti veoma različite.

Žarulja sa žarnom niti od 200-300 W postavlja se na udaljenosti od 0,5 m od lista. Nakon sat ili dva, list se mora obraditi kako je gore navedeno. Pogodnije je to učiniti na ravnoj ploči. Istovremeno se obrađuje list koji je cijelo vrijeme ostao zatamnjen.

Dijelovi izloženi svjetlu postaju plavi, dok su ostali žuti.

Ljeti možete modificirati eksperiment - prekrijte nekoliko listova na biljci, stavljajući na njih vrećice crnog neprozirnog papira s odgovarajućim izrezima; posle dva do tri dana, na kraju sunčanog dana, odrežite listove, prokuvajte ih prvo u vodi, a zatim izbelite alkoholom i tretirajte rastvorom joda u kalijum jodidu. Zamračena područja listova će biti svijetla, a osvijetljena područja će postati crna.

Kod nekih biljaka (na primjer, luka) primarni proizvod fotosinteze nije škrob, već šećer, pa se na njih test škroba ne primjenjuje.

2. Zapišite rezultate svojih zapažanja.

Laboratorijski rad br. 6

Dobivanje pigmenata iz alkoholnih ekstrakata lišća
i njihovu podjelu

vježba: dobiti alkoholni ekstrakt pigmenata, odvojiti ih i upoznati se sa osnovnim svojstvima pigmenata.

Materijali i oprema: makaze, malteri i tučak, stalci sa epruvetama, posuđe, alkoholne lampe, vodene kupke, sveže ili suvo lišće (kopriva, aspidistra, bršljan ili druge biljke), etil alkohol, benzin, 20% rastvor NaOH (ili KOH), suva kreda , pijesak.

Operativni postupak

1. Suvo lišće zgnječeno makazama stavite u čist malter, dodajte malo krede da neutrališete kiseline ćelijskog soka. Masu temeljito izmrvite tučkom, dodajući etil alkohol (100 cm 3), a zatim filtrirajte otopinu.

Dobijeni ekstrakt hlorofila ima fluorescenciju: u propuštenom svetlu je zelene, u reflektovanom svetlu je trešnje-crvena.

2. Odvojite pigmente Kraus metodom.

Da biste to učinili, potrebno je sipati 2-3 cm3 ekstrakta u epruvetu i dodati jednu i pol zapreminu benzina i 2-3 kapi vode; zatim morate protresti epruvetu i pričekati dok dva sloja ne postanu jasno vidljiva - benzin na vrhu, alkohol na dnu. Ako ne dođe do razdvajanja, dodajte još benzina i ponovo protresite epruvetu.

Ako se pojavi zamućenje, dodajte malo alkohola.

Pošto se benzin ne otapa u alkoholu, završava na vrhu. Zelena boja gornji sloj ukazuje da je hlorofil prešao u benzin. Osim toga, karoten se rastvara i u benzinu. Ispod, u alkoholu, ostaje ksantofil. Donji sloj je žute boje.

Nakon što se otopina slegne, formiraju se dva sloja. Kao rezultat saponifikacije hlorofila, eliminišu se alkoholi i formira se natrijumova so hlorofilina, koja se, za razliku od hlorofila, ne otapa u benzinu.

Radi bolje saponifikacije, epruveta sa dodatkom NaOH može se staviti u vodeno kupatilo sa kipućom vodom i, čim rastvor proključa, izvaditi. Nakon toga se dodaje benzin. Karoten i ksantofil (boja će biti žuta) će ići u sloj benzina (gore), a natrijumova so hlorofilne kiseline će ići u sloj alkohola.

Laboratorijski rad br. 7

Detekcija disanja biljaka

vježba: dokazati da se CO 2 oslobađa kada biljke dišu, skicirajte uređaj koji pomaže u otkrivanju disanja oslobađanjem CO 2, napišite natpise za crtež.

Materijali i oprema: 2 staklene posude zapremnine 300-400 ml, 2 gumene epruvete sa rupama za lijevak i cijev, 2 lijevka, 2 staklene cijevi zakrivljene u obliku slova “P” dužine 18-20 cm i 4-5 mm u prečniku, 2 epruvete, čaša, rastvor Ba(OH)2, proklijalo seme pšenice, suncokreta, kukuruza, graška itd.

Operativni postupak

1. U staklenu teglu sipajte 50-60 g proklijalog sjemena, dobro zatvorite čepom u koji se ubacuje lijevak i zakrivljena staklena cijev i ostavite 1-1,5 sat.Za to vrijeme, kao rezultat disanja od sjemenki, ugljični dioksid će se akumulirati u tegli. Teži je od zraka, pa je koncentrisan na dnu limenke i ne ulazi u atmosferu kroz lijevak ili cijev.

2. Istovremeno uzmite kontrolnu teglu bez sjemena, također je zatvorite gumenim čepom sa lijevom i staklenom cijevi i stavite je pored prve tegle.

3. Slobodni krajevi staklenih epruveta spuštaju se u dve epruvete sa baritnom vodom. Počinju postepeno ulijevati vodu u obje tegle kroz lijeve. Voda istiskuje vazduh obogaćen CO 2 iz limenki, koji sa rastvorom Ba(OH) 2 ulazi u epruvete. Kao rezultat, baritna voda postaje mutna.

4. Uporedite stepen zamućenosti Ba(OH) 2 u obe epruvete.

Laboratorijski rad br.8

Određivanje intenziteta disanja u Conway čašama

vježba: izvršiti eksperiment i izračunati intenzitet disanja ispitivanih objekata u zavisnosti od eksperimentalnih opcija.

Materijali i oprema: Conway čaše, vazelin, birete, stalci, filter papir, makaze, vage, tegovi, reagensi: 0,1 N Ba(OH) 2 ; 0,1 N HCl, fenolftalein, bilo koje sadnice i odrasle biljke ili njihovi organi.

Operativni postupak

1. Conway čašice se kalibriraju prije eksperimenta, moraju biti iste zapremine za kontrolnu i eksperimentalnu varijantu. Svaka eksperimentalna varijanta se izvodi u tri primjerka.

2. Uzorak biljnog materijala težine 0,5-1,0 g položi se u spoljašnji krug Conway šolje. U unutrašnji cilindar se sipa 1 ili 2 ml 0,1 N Ba(OH) 2. Čaša se hermetički zatvori sa samljenog poklopca (tako da se na poklopcu pojavi proziran obris tankog dijela čašice) i stavi u mrak 20 - 40 minuta (da bi se isključila fotosinteza u zelenim biljnim tkivima). Tokom izlaganja, ugljični dioksid nakupljen u Conway čaši reagira s barijevim hidroksidom:

CO 2 + Ba(OH) 2 = BaCO 3 + H 2 O.

Višak Ba(OH)2 titrira se sa 0,1 N HC1 protiv fenolftaleina dok ne nestane ružičasta boja.

3. Istovremeno sa eksperimentalnom, postavite kontrolnu Conway čašicu (bez uzorka). U njega se sipa ista zapremina 0,1 N rastvora Ba(OH) 2, zatvori udubljenim poklopcem i ostavi pored posude za ispitivanje. Barijum hidroksid u ovoj čaši reaguje sa ugljendioksidom, koji je prvobitno bio sadržan u vazduhu u svojoj zapremini. Višak barita se titrira.

4. Na osnovu razlike u zapreminama rastvora hlorovodonične kiseline koji se koristi za titriranje viška Ba(OH)2 u kontrolnoj i eksperimentalnoj posudi, izračunava se intenzitet disanja (I.D.):

Mg CO 2 /(g∙h),

gdje je V HC1k zapremina 0,1 N HC1 koja se koristi za titraciju viška Ba(OH) 2 u kontrolnoj čaši; V HC1op - zapremina 0,1 N HC1, koja se koristi za titraciju viška Ba(OH) 2 u ispitnoj čaši; R- težina uzorka, g;

t - vrijeme, h; 2.2 je faktor konverzije HC1 u CO 2 (1 ml 0,1 N HC1 ili Ba(OH) 2 je ekvivalentan 2,2 mg CO 2).

Laboratorijski rad br. 9

Značenje različitih elemenata za biljke

vježba: proučavati značaj različitih mineralnih elemenata za rast gljivice Aspergillus.

Materijali i oprema: vage, termostat, pamučni čepovi, filteri, pet tikvica od 100 cm 3, epruvete, pipeta, dvije čaše, lijevak, mineralne soli, saharoza, organska kiselina (limunska), kultura gljive Aspergillus uzgojena na komadima krumpira ili kruha za 3-4 dana.

Operativni postupak

1. Uzgajati gljive koristeći mješavine hranjivih tvari.

Utvrđeno je da Aspergillus ima približno iste potrebe za mineralnom ishranom kao i više biljke. Od mineralnih elemenata, gljivama nije potreban samo kalcijum. Mješavine hranljivih sastojaka pripremaju se u tikvicama od 100 cm 3 i sastavljaju prema određenoj shemi (tabela 1).

Numeracija tikvica odgovara numeraciji eksperimentalnih varijanti. Rezultati eksperimenta su zapisani u nastavku.

Tabela 1

Shema za pripremu prehrambenih mješavina

Supstance	Koncentracija	Količina supstance (u ml) u tikvicama
		br. 1 - kompletna mešavina	br. 2 - bez N	br. 3 - bez P	br. 4 - bez K	br. 5 - bez minerala
Saharoza Limunova kiselina
rezultate Masa micelija, g

Limunska kiselina se dodaje kako bi se stvorila kisela sredina koja je povoljna za aspergilus, ali inhibira razvoj drugih mikroorganizama.

2. U epruvetu ili tikvicu sipajte sterilnu vodu i u nju stavite micelijum gljivice, uzet sterilnom omčom, promešajte sadržaj rotirajući između prstiju ili dlanova.

Dobijenu suspenziju odpipetirajte u sve tikvice pomoću sterilne pipete.

Tikvice zatvorite vatom i stavite u termostat na temperaturu od 30-35 °C. Posmatranje će biti obavljeno za nedelju dana.

Suština eksperimenta je da se određivanjem mase gljivičnog micelija uzgojenog na različitim hranljivim mješavinama može utvrditi njegova potreba za pojedinim elementima.

3. Vaga, za koju uzimate dvije čiste čaše, jedan lijevak i nekoliko identičnih papirnih filtera. Izvagati jednu čašu (br. 1) sa lijevkom i filterom i zabilježiti masu. Zatim stavite lijevak u drugu čašu (br. 2), prebacite micelij gljivice iz prve tikvice u filter, isperite vodom i nakon što voda iscuri vratite lijevak u čašu br. 1. Ponovo izvažite. Jasno je da će rezultat biti veći, jer je dodat gljivični micelij.

Nastavno-metodički priručnik

... - Balashov: Nikolaev, 2007. - 48 str. ISBN 978-5-94035-300-3 V edukativno-metodičkibeneficije metode su navedene... fiziologijabiljke: udžbenik dodatak/ ed. V. B. Ivanova. - Akademija, 2001. - 144 str. Zanina, M. A. fiziologijabiljke: edukativna metoda. dodatak ...

Trening i metodološki kompleks

... Obrazovni-metodički kompleks Balashov... 'osjećaj', fiziologija sa grčkog... obuku podstil u obrazovni književnost za obrazovni metodološkibeneficije... I biljke i... 2005 imati ...

TEORIJA I PRAKSA NAUČNOG GOVORA Specijalni kurs za nehumanitarne specijalnosti na univerzitetima Obrazovno-metodološki kompleks Balašov - 2008.

Trening i metodološki kompleks

... Obrazovni-metodički kompleks Balashov... 'osjećaj', fiziologija sa grčkog... obuku podstil u obrazovni književnost za obrazovni ustanove raznih vrsta, imenike, metodološkibeneficije... I biljke i... 2005 G.). Ovo ranije nismo radili imati ...

Nastavno-metodički kompleks (219)

Nastavno-metodički priručnik

Sadržaji ( biljke, kolekcije... njimaobrazovni ... fiziologija... G.Yu. Obećavajuće školske tehnologije: edukativno-metodičkidodatak/G.Yu. Ksenzova. - M.: ... 288 str. 6. Balashov, M. Didaktička igra... - № 22. – 2005 . Pedagogija: udžbenik. dodatak/ ed. P. ...

1. Ćelijske membrane, njihove vrste. Osobine membrana. Funkcije membrana.

Morfološka i fiziološka istraživanja su pokazala da ćelijska membrana igra važnu ulogu u funkcionisanju ćelije.

Membranske strukture: jezgro, Golgijev kompleks, ER, itd.

Membrane je tanka struktura debljine 7 nm. Po svom hemijskom sastavu, membrana sadrži 25% proteina, 25% fosfolipida, 13% holesterola, 4% lipida, 3% ugljenih hidrata.

Strukturno Membrana je zasnovana na dvostrukom sloju fosfolipida. Odlika fosfolipidnih molekula je da imaju hidrofilne i hidrofobne dijelove. Hidrofilni dijelovi sadrže polarne grupe (fosfatne grupe u fosfolipidima i hidroksidne grupe u holesterolu). Hidrofilni dijelovi usmjerena prema površini. A hidrofobni (masni repovi) usmjereni su prema centru membrane.

Molekul ima dva masna repa, a ovi ugljikovodični lanci se mogu naći u dvije konfiguracije. Izdužena - trans konfiguracija(cilindar 0,48 nm). Drugi tip je gauche-trans-gauche konfiguracija. U ovom slučaju, dva masna repa se razilaze i površina se povećava na 0,58 nm.

U normalnim uslovima, molekuli lipida imaju tečni kristalni oblik. I u ovom stanju imaju mobilnost. Štaviše, oni se mogu kretati unutar svog sloja i preokrenuti. Kako temperatura pada, membrana prelazi iz tekućeg stanja u želeasto stanje, a to smanjuje pokretljivost molekula.

Kada se molekula lipida kreće, formiraju se mikrotrake, koje se nazivaju kraljevi, u koje se tvari mogu uhvatiti. Lipidni sloj u membrani je barijera supstancama rastvorljivim u vodi, ali omogućava da prođu supstancije rastvorljive u lipidima..

Osim lipida, membrana također sadrži proteinski molekuli. To su uglavnom glikoproteini.

Integralni proteini prolaze kroz oba sloja. Ostalo proteini su djelimično uronjeni u vanjski ili unutrašnji sloj. Zovu se periferni proteini.

Ovaj model membrane se zove model sa tečnim kristalima. Funkcionalno, proteinski molekuli obavljaju strukturne, transportne i enzimske funkcije. Osim toga, oni formiraju jonske kanale u rasponu od 0,35 do 0,8 nm u prečniku kroz koje ioni mogu proći. Kanali imaju svoju specijalizaciju. Integralni proteini su uključeni u aktivni transport i olakšanu difuziju.

Periferne proteine ​​na unutrašnjoj strani membrane karakterizira enzimska funkcija. Iznutra se nalaze antigenske (antitijela) i receptorske funkcije.

Karbonski lanci mogu se vezati za proteinske molekule, a zatim se formiraju glikoproteini. Ili lipidima, tada se zovu glikolipidi.

Glavne funkcijećelijske membrane će biti:

1. Funkcija barijere

2. Pasivni i aktivni prenos supstanci.

3. Metabolička funkcija (zbog prisustva enzimskih sistema u njima)

4. Membrane su uključene u stvaranje električnih potencijala u mirovanju, a kada su pobuđene, akcijskih struja.

5. Funkcija receptora.

6. Imunološki (povezan sa prisustvom antigena i stvaranjem antitela).

7. Osigurati međućelijsku interakciju i inhibiciju kontakta.

Kada homogene ćelije dođu u kontakt, deljenje ćelija je inhibirano. Ova funkcija se gubi u ćelijama raka. Pored toga, ćelije raka dolaze u kontakt ne samo sa svojim ćelijama, već i sa drugim ćelijama, inficirajući ih.

Funkcija propusnosti membrane. Transport.

Transport tvari kroz membrane može biti pasivan ili aktivan.

Pasivni transfer supstance prolaze kroz membrane bez potrošnje energije u prisustvu gradijenta (razlike u koncentracijama supstanci, razlike u elektrohemijskom gradijentu, u prisustvu gradijenta pritiska i osmotskog gradijenta). U ovom slučaju, pasivni transport se obavlja pomoću:

Difuzija.

Filtracija. Izvodi se u prisustvu razlike u hidrostatskom pritisku.

Osmoza. Tokom osmoze, rastvarač se pomera. Odnosno, voda iz čiste otopine će preći u otopinu s višom koncentracijom.

U svim ovim slučajevima ne dolazi do potrošnje energije. Supstance prolaze kroz pore u membrani.

U membrani postoje pore sa sporom provodljivošću, ali takvih pora u membrani nema mnogo. Većina kanala u membrani također ima mehanizam kapije u svojoj strukturi koji zatvara kanal. Ovi kanali se mogu kontrolisati na dva načina: reagovati na promjene naboja (električno pobuđivi ili naponski kanali). U drugom slučaju, kapija u kanalu se otvara kada se spoji Hemijska supstanca(hemoekscitabilni ili zavisni od liganda).

Aktivan transfer tvari kroz membranu povezan je s transportom tvari protiv gradijenta.

Za aktivni transport koriste se integralni proteini koji imaju enzimske funkcije. ATP se koristi kao energija. Integralni proteini imaju posebne mehanizme (proteine) koji se aktiviraju ili kada se koncentracija supstance povećava izvan ćelije, ili kada se smanjuje unutar ćelije.

Mirne struje.

Potencijal membrane. Membrana je spolja pozitivno nabijena, a iznutra negativno. 70-80 mV.

Struja kvara je razlika punjenja između neoštećenog i oštećenog. Oštećeni je negativno naelektrisan u odnosu na netaknut.

Metabolička struja je razlika u potencijalima zbog nejednakog intenziteta metaboličkih procesa.

Porijeklo membranskog potencijala je objašnjeno u terminima teorija membranskih jona, koji uzima u obzir nejednaku propusnost membrane za jone i različit sastav jona u unutarćelijskoj i međućelijskoj tečnosti. Utvrđeno je da i intracelularna i međućelijska tečnost imaju isti broj pozitivnih i negativnih jona, ali je njihov sastav različit. Eksterna tečnost: Na + , Cl - Unutrašnja tečnost: K + , A - (organski anjoni)

U mirovanju, membrana je različito propusna za jone. Najveću propusnost ima kalijum, a slijede ga natrijum i hlor. Membrane nisu propusne za organske anjone.

Zbog povećane propusnosti za jone kalija, oni napuštaju ćeliju. Kao rezultat, organska materija se nakuplja unutra. anjoni. Rezultat je razlika potencijala (potencijal difuzije kalija) koja traje sve dok može pobjeći.

Izračunati potencijal kalija je -90 mV. A praktični potencijal je -70 mV. Ovo sugerira da je još jedan jon također uključen u stvaranje potencijala.

Da bi se obuzdao potencijal u membrani, ćelija mora da radi, jer bi kretanje jona kalijuma iz ćelije, i jona natrijuma u ćeliju, dovelo do narušavanja jednakosti predznaka. Membrane su polarizovane. Spoljašnji naboj će biti pozitivan, a vanjski naboj negativan.

Država električni naboj membrane.

Preokret ili prekoračenje - promjena predznaka punjenja. Povratak na prvobitni naboj - repolarizacija.

Ekscitacijske struje.

Kada podražaj djeluje na membranu, dolazi do kratkotrajne ekscitacije. Proces ekscitacije je lokalni i širi se duž membrane, a zatim se depolarizira. Kako se ekscitacija kreće, novi dio membrane se depolarizira, itd. Akcijska struja je dvofazna struja.

U svakoj fazi akcijske struje može se razlikovati lokalni odgovor, koji je zamijenjen vršnim potencijalom, a vršni potencijal je praćen negativnim i pozitivnim potencijalom traga. Pojavljuje se kada je izložen stimulansu. Da bi se objasnila struja akcije, predloženo je membransko-mon teorija(Hodgey, Huxley, Katz). Oni su to pokazali akcioni potencijal je veći od potencijala mirovanja. Kada stimulans djeluje na membranu, naboj se pomjera na membranu (djelomična depolarizacija) i to uzrokuje otvaranje natrijevih kanala. Natrijum prodire u ćeliju, postupno smanjujući naboj na membrani, ali akcioni potencijal ne nastaje nikakvim djelovanjem, već samo s kritičnom vrijednošću (promjena za 20-30 mV) - kritična depolarizacija. U tom slučaju se otvaraju skoro svi natrijumski kanali i u tom slučaju natrijum počinje da prodire u ćeliju poput lavine. Dolazi do potpune depolarizacije. Proces se ovdje ne zaustavlja, već nastavlja da ulazi u ćeliju i naplaćuje do +40. Na vrhu vršnog potencijala, h kapija se zatvara. Pri ovoj vrijednosti potencijala, kalijumska vrata se otvaraju u membrani. A pošto je Ka + veći iznutra, Ka + počinje napuštati ćeliju, a naboj će se početi vraćati na svoju prvobitnu vrijednost. U početku ide brzo, a zatim usporava. Ovaj fenomen se naziva negativni rep potencijal. Zatim se naboj vraća na svoju prvobitnu vrijednost, a nakon toga se bilježi pozitivan potencijal traga, karakteriziran povećanom propusnošću za kalij. Nastaje stanje hiperpolarizacije membrane (pozitivan trag potencijala) Kretanje jona se odvija pasivno. Tokom jedne ekscitacije, 20.000 jona natrijuma ulazi u ćeliju, a 20.000 jona kalija napušta ćeliju.

Mehanizam za pumpanje je neophodan za vraćanje koncentracije. 3 pozitivna jona natrijuma se unose, a 2 jona kalijuma izlaze tokom aktivnog transporta.

Mijenja se ekscitabilnost membrane, a samim tim i akcioni potencijal. Tokom lokalnog odgovora dolazi do postepenog povećanja ekscitacije. Tokom vršnog odgovora, ekscitacija nestaje.

S negativnim potencijalom u tragovima, ekscitabilnost će se ponovo povećati, jer je membrana opet djelomično depolarizirana. U fazi pozitivnog svjetlosnog potencijala dolazi do smanjenja ekscitabilnosti. U ovim uslovima, razdražljivost se smanjuje.

Brzina ekscitatornog procesa - labilnost. Mjera labilnosti - broj ekscitacija u jedinici vremena. Nervna vlakna reprodukuju od 500 do 1000 impulsa u sekundi. Različita tkiva imaju različitu labilnost.

2. Receptori, njihova klasifikacija: po lokalizaciji (membranski, nuklearni), po mehanizmu razvoja procesa (jono- i metabotropni), po brzini prijema signala (brzi, spori), po vrsti receptorskih supstanci.

Prijem signala od primarnih glasnika u ćeliju je osiguran posebnim receptorskim proteinima, za koje su primarni glasnici ligandi. Da bi se osigurala funkcija receptora, proteinski molekuli moraju ispuniti niz zahtjeva:

• imaju visoku selektivnost za ligand;
• kinetiku vezivanja liganda treba opisati krivuljom zasićenja koja odgovara stanju pune zauzetosti svih receptorskih molekula, čiji je broj ograničen na membrani;
• receptori moraju imati specifičnost tkiva, što odražava prisustvo ili odsustvo ovih funkcija u ćelijama ciljnog organa;
• Vezivanje liganda i njegov ćelijski (fiziološki) efekat moraju biti reverzibilni, a parametri afiniteta moraju odgovarati fiziološkim koncentracijama liganda.

Ćelijski receptori se dijele u sljedeće klase:

• membrana
• receptorske tirozin kinaze
• G protein vezani receptori
• jonski kanali
• citoplazmatski
• nuklearna

Membranski receptori prepoznaju velike (na primjer, inzulin) ili hidrofilne (na primjer, adrenalin) signalne molekule koje ne mogu samostalno prodrijeti u ćeliju. Mali hidrofobni signalni molekuli (na primjer, trijodtironin, steroidni hormoni, CO, NO) mogu ući u ćeliju zbog difuzije. Receptori za takve hormone su obično rastvorljivi citoplazmatski ili nuklearni proteini. Nakon što se ligand veže za receptor, informacija o ovom događaju se dalje prenosi duž lanca i dovodi do formiranja primarnog i sekundarnog ćelijskog odgovora.

Dvije glavne klase membranskih receptora su metabotropni receptori i jonotropni receptori.

Jonotropni receptori su membranski kanali koji se otvaraju ili zatvaraju nakon vezivanja za ligand. Nastale jonske struje uzrokuju promjene u transmembranskoj potencijalnoj razlici i kao rezultat toga ekscitabilnost ćelije, a također mijenjaju intracelularne koncentracije jona, što može sekundarno dovesti do aktivacije unutarćelijskih medijatornih sistema. Jedan od najpotpunije proučavanih jonotropnih receptora je n-holinergički receptor.

Struktura G proteina koji se sastoji od tri tipa jedinica (heterotrimerne) - αt/αi (plava), β (crvena) i γ (zelena)

Metabotropni receptori su povezani sa sistemima intracelularnih glasnika. Promjene u njihovoj konformaciji nakon vezivanja za ligand dovode do pokretanja kaskade biokemijskih reakcija i, na kraju, do promjene funkcionalnog stanja stanice. Glavne vrste membranskih receptora:

Heterotrimerni receptori vezani za G protein (npr. receptor vazopresina).

Receptori sa intrinzičnom aktivnošću tirozin kinaze (na primjer, insulinski receptor ili receptor epidermalnog faktora rasta).

G protein spregnuti receptori su transmembranski proteini koji imaju 7 transmembranskih domena, ekstracelularni N kraj i intracelularni C kraj. Vezivno mjesto liganda nalazi se na ekstracelularnim petljama, a domen za vezivanje G proteina nalazi se blizu C-terminusa u citoplazmi.

Aktivacija receptora uzrokuje da se njegova α-podjedinica odvoji od kompleksa βγ-podjedinice i tako se aktivira. Nakon toga, on ili aktivira ili, naprotiv, inaktivira enzim koji proizvodi sekundarne glasnike.

Receptori sa aktivnošću tirozin kinaze fosforiliraju naknadne intracelularne proteine, često i protein kinaze, i tako prenose signal u ćeliju. Strukturno, ovo su transmembranski proteini sa jednim membranskim domenom. U pravilu, homodimeri, čije su podjedinice povezane disulfidnim mostovima.

3. Jonotropni receptori, metabotropni receptori i njihove vrste. Sistemi sekundarnih glasnika djelovanja metabotropnih receptora (cAMP, c GMP, inozitol-3-fosfat, diacilglicerol, Ca++ joni).

Receptori za neurotransmitere nalaze se na membranama neurona ili ciljnih stanica (mišićne ili žljezdane ćelije). Njihova lokalizacija može biti i na postsinaptičkim i na presinaptičkim membranama. Na presinaptičkim membranama se često nalaze takozvani autoreceptori, koji regulišu oslobađanje istog transmitera iz presinaptičkog završetka. Ali postoje i heteroautoreceptori koji također reguliraju oslobađanje medijatora, ali kod ovih receptora oslobađanje jednog medijatora regulira drugi medijator ili neuromodulator.

Većina receptora su oligomerni proteini vezani za membranu koji vezuju ligand (neurotransmiter) sa visokim afinitetom i visokom selektivnošću. Kao rezultat ove interakcije, pokreće se niz intracelularnih promjena. Receptore karakterizira afinitet za ligand, broj, zasićenost i sposobnost disociacije kompleksa receptor-ligand. Neki receptori imaju izoforme koje se razlikuju po svom afinitetu za određene ligande. Ove izoforme se mogu naći u istom tkivu.

Ligandi su supstance koje selektivno komuniciraju sa datim receptorom. Ako farmakološka supstanca aktivira određeni receptor, to je za njega agonist, a ako smanji njegovu aktivnost, to je antagonist.

Vezivanje liganda za receptor dovodi do promjene konformacije receptora, koji ili otvara ionske kanale ili pokreće kaskadu reakcija koje dovode do promjena u metabolizmu.

Postoje jonotropni i metabotropni receptori.

Jonotropni receptori. Zbog formiranja postsinaptičkog potencijala, odgovarajući ionski kanal se otvara ili odmah nakon djelovanja medijatora, ili kroz aktivaciju G proteina. U ovom slučaju, receptor ili sam formira ionski kanal ili je povezan s njim. Nakon što se ligand veže i receptor se aktivira, otvara se kanal za odgovarajući ion. Kao rezultat, na membrani se formira postsinaptički potencijal. Jonotropni receptori su način brzog prijenosa signala i formiranja PSP bez promjene metaboličkih procesa u ćeliji.

Metabotropni receptori. Ovo je složeniji put prijenosa signala. U ovom slučaju, nakon vezivanja liganda za receptor, aktivira se kaskada fosforilacije-defosforilacije. To se događa ili direktno ili preko sekundarnih glasnika, na primjer, preko tirozin kinaze, ili preko cAMP, ili cGMP, ili inozitol trifosfata, ili diacilglicerola, ili kroz povećanje intracelularnog kalcija, što na kraju dovodi do aktivacije protein kinaza. Fosforilacija najčešće uključuje aktivaciju cAMP-ovisnih ili diacilglicerol-ovisnih protein kinaza. Ovi efekti se razvijaju sporije i traju duže.

Afinitet receptora za odgovarajući neurotransmiter može se promijeniti na isti način kao i za hormone, na primjer, zbog alosteričnih promjena u receptoru ili drugih mehanizama. Stoga se receptori danas nazivaju pokretnim i lako promjenjivim strukturama. Budući da su dio membrane, receptorski proteini mogu stupiti u interakciju s drugim membranskim proteinima (tzv. internalizacija receptora). Neuromodulatori, poput neurotransmitera, mogu utjecati na broj i osjetljivost receptora. Produžena prisutnost velikih količina neurotransmitera ili neuromodulatora može smanjiti njihovu osjetljivost (regulacija prema dolje), a nedostatak liganda može povećati njihovu osjetljivost (up-regulation).

4. Jonski kanali, njihova struktura. Klasifikacija jonskih kanala. Natrijum i kalijum kanali.

Struktura i funkcije ionskih kanala. Na + , K + , Ca 2+ , Cl - joni prodiru u ćeliju i izlaze kroz posebne kanale ispunjene tekućinom. Veličina kanala je prilično mala (prečnik 0,5-0,7 nm). Proračuni pokazuju da ukupna površina kanala zauzima neznatan dio površine ćelijske membrane.

Funkcija jonskih kanala proučava se na različite načine. Najčešća je metoda naponske kleme, ili “voltage-clamp” (slika 2.2). Suština metode je da se uz pomoć posebnih elektronskih sistema membranski potencijal mijenja i fiksira na određenom nivou tokom eksperimenta. U ovom slučaju se mjeri veličina jonske struje koja teče kroz membranu. Ako je razlika potencijala konstantna, tada je u skladu s Ohmovim zakonom trenutna vrijednost proporcionalna vodljivosti ionskih kanala. Kao odgovor na stepenastu depolarizaciju, otvaraju se određeni kanali i odgovarajući ioni ulaze u ćeliju duž elektrohemijskog gradijenta, tj. nastaje jonska struja koja depolarizira ćeliju. Ovu promjenu detektira kontrolno pojačalo i električna struja se propušta kroz membranu, jednake veličine, ali suprotnog smjera od struje jona membrane. U ovom slučaju se razlika transmembranskog potencijala ne mijenja. Kombinovana upotreba naponske kleme i specifičnih blokatora jonskih kanala dovela je do otkrića različitih tipova jonskih kanala u ćelijskoj membrani.

Trenutno je instalirano mnogo vrsta kanala za različite jone (tabela 2.1). Neki od njih su vrlo specifični, dok drugi, pored glavnog jona, mogu propustiti i druge jone.

Proučavanje funkcije pojedinačnih kanala moguće je metodom lokalne fiksacije potencijala “path-clamp”; pirinač. 2.3, A). Staklena mikroelektroda (mikropipeta) se puni fiziološkim rastvorom, pritisne na površinu membrane i stvara se blagi vakuum. U tom slučaju dio membrane se usisa na mikroelektrodu. Ako u zoni usisavanja postoji jonski kanal, tada se bilježi aktivnost jednog kanala. Sistem stimulacije i snimanja aktivnosti kanala malo se razlikuje od sistema naponskog snimanja.

Tabela 2.1. Najvažniji jonski kanali i jonske struje ekscitabilnih ćelija

Vrsta kanala	Funkcija		Blokator kanala
Kalijum (u mirovanju)	Stvaranje potencijala za odmor	IK+ (curenje)
Natrijum	Generisanje akcionog potencijala
Kalcijum	Generisanje sporih potencijala		D-600, verapamil
Kalijum (odloženo ispravljanje)	Osiguravanje repolarizacije	IK+ (kašnjenje)
Kalijum-kalcijum-aktiviran	Ograničenje depolarizacije uzrokovano Ca 2+ strujom

Bilješka. TEA - tetraetilamonijum; TTX - tetrodotoksin.

Vanjski dio kanala je relativno pristupačan za proučavanje, a proučavanje unutrašnjeg dijela predstavlja značajne poteškoće. P. G. Kostyuk je razvio metodu intracelularne dijalize, koja omogućava proučavanje funkcije ulaznih i izlaznih struktura jonskih kanala bez upotrebe mikroelektroda. Pokazalo se da se dio ionskog kanala koji je otvoren u vanćelijski prostor po svojim funkcionalnim svojstvima razlikuje od dijela kanala koji je okrenut prema unutarćelijskom okruženju.

Jonski kanali daju dva važna svojstva membrane: selektivnost i provodljivost.

Selektivnost ili selektivnost, kanal osigurava njegova posebna proteinska struktura. Većina kanala je električno kontrolirana, odnosno njihova sposobnost da provode ione ovisi o veličini membranskog potencijala. Kanal je po svojim funkcionalnim karakteristikama heterogen, posebno u pogledu proteinskih struktura koje se nalaze na ulazu u kanal i na njegovom izlazu (tzv. mehanizmi kapije).

5. Koncept ekscitabilnosti. Parametri ekscitabilnosti neuromišićnog sistema: prag iritacije (reobaza), korisno vrijeme (hronaksija). Ovisnost jačine iritacije o vremenu njenog djelovanja (Goorweg-Weissova kriva). Refraktornost.

Ekscitabilnost- sposobnost ćelije da odgovori na iritaciju formiranjem akcionog potencijala i specifične reakcije.

1) faza lokalnog odgovora - delimična depolarizacija membrane (ulazak Na+ u ćeliju). Ako primijenite mali stimulans, odgovor je jači.

Lokalna depolarizacija je faza egzaltacije.

2) faza apsolutne refraktornosti - svojstvo ekscitabilnog tkiva da ne formira AP ni pod kakvom jačinom stimulusa

3) faza relativne refraktornosti.

4) faza spore repolarizacije - iritacija - opet jaka reakcija

5) faza hiperpolarizacije - ekscitabilnost je manja (subnormalna), stimulus bi trebao biti veliki.

Funkcionalna labilnost- procjena ekscitabilnosti tkiva kroz maksimalno mogući broj PD u jedinici vremena.

Zakoni ekscitacije:

1) zakon sile - jačina stimulusa mora biti granična ili nadpražna (minimalna količina sile koja izaziva ekscitaciju). Što je stimulus jači, to je i ekscitacija jača – samo za asocijacije tkiva (nervni trup, mišić, izuzetak – SMC).

2) zakon vremena - trajanje trenutnog stimulusa mora biti dovoljno za nastanak ekscitacije.

Postoji obrnuto proporcionalan odnos između sile i vremena unutar granica između minimalnog vremena i minimalne sile. Minimalna sila je reobaza - sila koja izaziva ekscitaciju i ne ovisi o trajanju. Minimalno vrijeme je korisno vrijeme. Hronaksija je ekscitabilnost određenog tkiva; vrijeme u kojem dolazi do ekscitacije jednako je dvije reobaze.

Što je veća sila, to je veći odziv do određene vrijednosti.

Faktori koji stvaraju MPP:

1) razlika u koncentracijama natrijuma i kalijuma

2) različita permeabilnost za natrijum i kalijum

3) rad Na-K pumpe (3 Na+ se uklanja, 2 K+ se vraća).

Odnos između jačine stimulusa i trajanja njegovog uticaja, neophodnog za pojavu minimalnog odgovora žive strukture, može se vrlo jasno pratiti na tzv. krivulji sila-vreme (krivulja Goorweg-Weiss-Lapik). .

Iz analize krivulje proizilazi da, koliko god bila jaka jačina stimulusa, ako je trajanje njegovog uticaja nedovoljno, odgovora neće biti (tačka lijevo od uzlazne grane hiperbole). Sličan fenomen se uočava i sa produženim izlaganjem stimulansima ispod praga. Minimalna struja (ili napon) sposobna da izazove ekscitaciju naziva se reobaza po Lapiku (ordinatni segment OA). Najkraći vremenski period tokom kojeg struja jednake jačini dvostruko većoj od reobaze izaziva ekscitaciju u tkivu naziva se hronaksija (apscisni segment OF), što je pokazatelj praga trajanja iritacije. Hronaksija se mjeri u δ (hiljaditim dijelovima sekunde). Veličina hronaksije se može koristiti za procjenu brzine kojom se ekscitacija javlja u tkivu: što je hronaksija manja, to se ekscitacija brže javlja. Hronaksija ljudskih nervnih i mišićnih vlakana jednaka je hiljaditim i desethiljaditim delovima sekunde, a hronaksija takozvanih sporih tkiva, na primer, mišićnih vlakana žabljeg stomaka, je stotinke sekunde.

Određivanje hronaksije ekscitabilnih tkiva postalo je široko rasprostranjeno ne samo u eksperimentu, već iu sportskoj fiziologiji i na klinici. Konkretno, mjerenjem hronaksije mišića, neurolog može utvrditi prisustvo oštećenja motornog živca. Treba napomenuti da podražaj može biti prilično jak, imati granično trajanje, ali nisku brzinu povećanja vremena do vrijednosti praga; u ovom slučaju do ekscitacije ne dolazi. Adaptacija ekscitabilnog tkiva na stimulus koji se polako povećava naziva se akomodacija. Akomodacija je posljedica činjenice da se tijekom povećanja jačine stimulusa aktivne promjene imaju vremena razviti u tkivu, povećavajući prag iritacije i sprječavajući razvoj ekscitacije. Stoga je brzina povećanja stimulacije tokom vremena, ili gradijent stimulacije, bitan za pojavu ekscitacije.

Zakon gradijenta iritacije. Reakcija žive formacije na podražaj zavisi od gradijenta stimulacije, odnosno od hitnosti ili strmine povećanja stimulansa tokom vremena: što je gradijent stimulacije veći, to je jači (do određenih granica) odgovor uzbudljiva formacija.

Shodno tome, zakoni stimulacije odražavaju složen odnos između stimulusa i ekscitabilne strukture tokom njihove interakcije. Da bi došlo do ekscitacije, stimulus mora imati graničnu snagu, imati prag trajanja i imati određenu stopu povećanja tokom vremena.

6. Jonske pumpe (ATPaze):K+- N / A+-evaya,Ca2+-eva (plazmolema i sarkoplazmatski retikulum),H+- K+-exchanger.

Prema savremenim konceptima, biološke membrane sadrže jonske pumpe koje rade koristeći slobodnu energiju hidrolize ATP-a - posebne sisteme integralnih proteina (transportnih ATPaza).

Trenutno su poznata tri tipa elektrogenih jonskih pumpi koje aktivno transportuju jone kroz membranu (slika 13).

Prijenos jona transportnim ATPazama nastaje zbog sprege transportnih procesa sa hemijske reakcije, zbog energije metabolizma ćelija.

Kada K+-Na+-ATPaza radi zbog energije koja se oslobađa tokom hidrolize svakog od njih ATP molekuli, dva jona kalijuma se prenose u ćeliju, a tri jona natrijuma se istovremeno ispumpavaju iz ćelije. To stvara povećanu koncentraciju kalijevih jona u ćeliji u odnosu na međućelijsku sredinu i smanjenu koncentraciju natrijuma, što je od velike fiziološke važnosti.

Znakovi "biopumpe":

1. Kretanje protiv gradijenta elektrohemijskog potencijala.

2. protok materije je povezan sa hidrolizom ATP-a (ili drugog izvora energije).

3. asimetrija transportnog vozila.

4. Pumpa in vitro je sposobna da hidrolizuje ATP samo u prisustvu onih jona koje transportuje in vivo.

5. Kada je pumpa ugrađena u veštačko okruženje, ona je u stanju da održi selektivnost.

Molekularni mehanizam rada jonskih ATPaza nije u potpunosti shvaćen. Ipak, glavne faze ovog složenog enzimskog procesa mogu se pratiti. U slučaju K+-Na+-ATPaze, postoji sedam faza prenosa jona povezanih sa hidrolizom ATP-a.

Dijagram pokazuje da su ključne faze enzima:

1) formiranje enzimskog kompleksa sa ATP-om na unutrašnjoj površini membrane (tu reakciju aktiviraju joni magnezijuma);

2) vezivanje tri natrijumova jona kompleksom;

3) fosforilacija enzima sa stvaranjem adenozin difosfata;

4) revolucija (flip-flop) enzima unutar membrane;

5) reakcija jonske razmene natrijuma na kalijum, koja se odvija na spoljnoj površini membrane;

6) obrnuta revolucija enzimskog kompleksa sa prenosom jona kalijuma u ćeliju;

7) vraćanje enzima u prvobitno stanje uz oslobađanje jona kalijuma i neorganskog fosfata (P).

Tako se tokom kompletnog ciklusa iz ćelije oslobađaju tri jona natrijuma, citoplazma se obogaćuje sa dva jona kalijuma i dolazi do hidrolize jednog ATP molekula.

7. Potencijal membrane, veličina i porijeklo.

Predložene su mnoge teorije koje objašnjavaju porijeklo biopotencijala. Teorija membrane koju je predložio njemački istraživač Bernstein (1902, 1912) bila je najpotpunije eksperimentalno potkrijepljena. U modernom periodu ovu teoriju su modificirali i eksperimentalno razvili Hodgkin, Huxley, Katz (1949-1952).

Utvrđeno je da je osnova bioelektričnih fenomena neravnomjerna raspodjela (asimetrija) jona u citoplazmi ćelije i njenoj okolini. Dakle, protoplazma nervnih i mišićnih ćelija sadrži 30-50 puta više jona kalijuma, 8-10 puta manje jona natrijuma i 50 puta manje jona hlora od ekstracelularne tečnosti. Osim toga, ćelijska citoplazma sadrži organske anione (velika molekularna jedinjenja koja nose negativan naboj), koji su odsutni u vanćelijskom okruženju.

Zagovornici membranske teorije smatraju da je glavni razlog ionske asimetrije prisustvo stanične membrane sa specifičnim svojstvima.

Ćelijska membrana je zbijeni sloj citoplazme, čija je debljina oko 10 nm (100 A). Upotreba elektronskih mikroskopskih metoda istraživanja omogućila je određivanje fine strukture membrane (Sl. 55). Stanična membrana se sastoji od dvostrukog sloja molekula fosfolipida, koji je iznutra prekriven slojem proteinskih molekula, a spolja slojem složenih molekula ugljikohidrata - mukopolisaharida. Membrana ima posebne kanale - "pore", kroz koje voda i ioni prodiru u ćeliju. Pretpostavlja se da postoje posebni kanali za svaki ion. U tom smislu, propusnost membrane za određene ione ovisit će o veličini pora i prečniku samih jona.

U stanju relativnog fiziološkog mirovanja, membrana ima povećanu propusnost za kalijeve ione, dok je njena permeabilnost za jone natrija naglo smanjena.

Dakle, karakteristike permeabilnosti stanične membrane, kao i veličina samih jona, jedan su od razloga koji osiguravaju asimetriju raspodjele jona na obje strane ćelijske membrane. Jonska asimetrija je jedan od glavnih uzroka potencijala mirovanja, pri čemu vodeću ulogu igra neravnomjerna distribucija jona kalija.

Hodgkin je izvodio klasične eksperimente na nervnim vlaknima divovske lignje. Koncentracija kalijevih jona unutar vlakna i okolne tekućine je izjednačena - potencijal mirovanja je nestao. Ako je vlakno napunjeno vještačkim fiziološkim rastvorom, po sastavu sličan intracelularnoj tečnosti, uspostavljena je razlika potencijala između unutrašnje i spoljašnje strane membrane, približno jednaka potencijalu mirovanja normalnog vlakna (50-80 mV).

Mehanizam kojim se javlja akcioni potencijal je mnogo složeniji. Glavnu ulogu u nastanku akcionih struja imaju joni natrijuma. Kada je izložen stimulansu granične jačine, propusnost stanične membrane za jone natrija povećava se 500 puta i premašuje propusnost za jone kalija za 10-20 puta. U tom smislu, natrijum juri u ćeliju poput lavine, što dovodi do ponovnog punjenja ćelijske membrane. Vanjska površina je negativno nabijena u odnosu na unutrašnju. Dolazi do depolarizacije ćelijske membrane, praćene preokretom membranskog potencijala. Preokret membranskog potencijala odnosi se na broj milivolti (mV) za koji akcijski potencijal premašuje potencijal mirovanja. Obnavljanje početnog nivoa membranskog potencijala (repolarizacija) provodi se zbog naglog smanjenja permeabilnosti natrija (inaktivacije) i aktivnog prijenosa natrijevih iona iz ćelijske citoplazme u okolinu.

Dokaze za hipotezu o akcionom potencijalu natrijuma također je dobio Hodgkin. Zaista, ako je akcijski potencijal po prirodi natrijev, tada se mijenjanjem koncentracije natrijevih iona veličina akcijskog potencijala može promijeniti. Ispostavilo se da zamjenom 2/3 morske vode, koja je normalno okruženje za akson džinovske lignje, izotoničnim rastvorom dekstroze, odnosno kada se koncentracija natrijuma u okolini promijeni za 2/3, akcioni potencijal se smanjuje na pola.

Dakle, pojava biopotencijala je funkcija biološke membrane koja ima selektivnu permeabilnost. Veličina potencijala mirovanja i akcionog potencijala određena je jonskom asimetrijom u sistemu ćelija-okruženje.

8. Električne pojave u nervnom i mišićnom tkivu tokom uzbuđenja. Akcioni potencijal, njegova veličina, faze i trajanje. Odnos između faza akcionog potencijala i faza ekscitabilnosti.

Gore smo već pokazali da se ekscitacija u nervnim i mišićnim vlaknima vrši pomoću električnih impulsa koji se šire duž površinske membrane. Prijenos ekscitacije s nerva na mišić zasniva se na drugačijem mehanizmu. Izvodi se kao rezultat oslobađanja visoko aktivnih nervnih završetaka hemijska jedinjenja- medijatori nervnih impulsa. U sinapsama skeletnih mišića takav transmiter je acetilholin (ACh).

Postoje tri glavna tipa na neuromuskularnom spoju: strukturni elementi - presinaptička membrana na nerv postsinaptička membrana na mišiću, između njih - sinaptički rascjep . Oblik sinapse može biti različit. U mirovanju, ACh se nalazi u takozvanim sinaptičkim vezikulama unutar završne ploče nervnog vlakna. Citoplazma vlakna sa sinaptičkim vezikulama koje plutaju u njoj je odvojena od sinaptičke pukotine presinaptičkom membranom. Kada se presinaptička membrana depolarizira, mijenja se njen naboj i permeabilnost, vezikule se približavaju membrani i izlivaju u sinaptički rascjep, čija širina dostiže 200-1000 angstroma. Odašiljač počinje da difundira kroz jaz do postsinaptičke membrane.

Postsinaptička membrana nije elektrogena, ali je vrlo osjetljiva na transmiter zbog prisustva takozvanih holinergičkih receptora - biohemijskih grupa koje mogu selektivno reagirati sa ACh. Potonji stiže do postsinaptičke membrane za 0,2-0,5 ms. (takozvani "sinaptičko kašnjenje") i, u interakciji s holinergičkim receptorima, uzrokuje promjenu permeabilnosti membrane za Na, što dovodi do depolarizacije postsinaptičke membrane i stvaranja depolarizacionog vala na njoj, tzv. ekscitatorni postsinaptički potencijal, (EPSP), čija vrijednost premašuje Ec susjednih, elektrogenih područja membrane mišićnog vlakna. Kao rezultat toga, u njima nastaje akcijski potencijal (AP) koji se širi po cijeloj površini mišićnog vlakna, a zatim uzrokuje njegovu kontrakciju, pokrećući proces tzv. elektromehanička spojnica (Capling). Transmiter u sinaptičkom pukotinu i na postsinaptičkoj membrani radi vrlo kratko, jer ga uništava enzim kolinesteraza, koji priprema sinapsu da primi novi dio transmitera. Također se pokazalo da se dio neizreagiranog ACh može vratiti u nervno vlakno.

Uz vrlo česte ritmove stimulacije, postsinaptički potencijali se mogu sabrati, budući da holinesteraza nema vremena da potpuno razgradi ACh koji se oslobađa u nervnim završecima. Kao rezultat ove sumacije, postsinaptička membrana postaje sve više i više depolarizirana. U ovom slučaju, susjedna elektrogena područja mišićnog vlakna ulaze u stanje depresije slično onom koje se razvija tokom produženog djelovanja katode jednosmjerne struje. (Verigo katodna depresija).

Ekscitacija u tkivu se očituje pojavom za njega specifične funkcije (provođenje ekscitacije nervnog tkiva, kontrakcija mišića, lučenje žlijezda) i nespecifične reakcije (generiranje akcionog potencijala, metaboličke promjene).

Akcijska struja (PD i ECP) ​​je električna struja koja se javlja u živčanim, mišićnim i nekim biljnim stanicama između njihovih uzbuđenih i susjednih područja odmora. Prouzrokovana promjenama ionske propusnosti membrane i potencijala koji se razvijaju u ekscitiranom području. Igra važnu ulogu u širenju akcionog potencijala duž ćelije (vlakna). Akcijski potencijal je pomak membranskog potencijala koji se javlja u tkivu pod djelovanjem praga i nadpražnog stimulusa, koji je praćen punjenjem stanične membrane.

Kada se izloži stimulansu praga ili nadpraga, propusnost ćelijske membrane za jone se mijenja u različitom stupnju. Za Na ione se povećava za 400-500 puta, a gradijent raste brzo, za K ione - za 10-15 puta, a gradijent se razvija sporo. Kao rezultat toga, ioni Na prelaze u ćeliju, K ioni izlaze iz ćelije, što dovodi do ponovnog punjenja ćelijske membrane. Vanjska površina membrane nosi negativan naboj, dok unutrašnja površina nosi pozitivan naboj. Precizna mjerenja su pokazala da je amplituda akcionog potencijala za 30-50 mV veća od potencijala mirovanja.

PD faze. PD se sastoji od 2 faze:

1. Faza depolarizacije. Compliant brze promjene membranski potencijal (depolarizacija membrane) za približno 110 mV. Membranski potencijal se mijenja iz stanja mirovanja (oko -70 mV) do vrijednosti bliske ravnotežnom potencijalu - potencijalu pri kojem ulazna struja poprima nultu vrijednost (ENa + (oko 40 mV)).

2. Faza repolarizacije. Membranski potencijal ponovo dostiže nivo mirovanja (membrana je repolarizovana), nakon čega dolazi do hiperpolarizacije na vrednost približno 10 mV manju (negativniju) od potencijala mirovanja, tj. približno -80 mV.

Trajanje akcionog potencijala u nervnim i skeletnim mišićnim vlaknima varira od 0,1 do 5 ms, dok je faza repolarizacije uvijek duža od faze depolarizacije.

Odnos između faza akcionog potencijala i ekscitabilnosti. Nivo ćelijske ekscitabilnosti zavisi od AP faze. Tokom faze lokalnog odgovora, ekscitabilnost se povećava. Ova faza ekscitabilnosti naziva se latentno dodavanje. Tokom faze repolarizacije AP, kada se svi natrijumski kanali otvore i joni natrijuma jure u ćeliju poput lavine, nijedan stimulans, čak i vrlo jak, ne može stimulisati ovaj proces. Dakle, faza depolarizacije odgovara fazi apsolutne refraktornosti. Tokom faze repolarizacije, sve veći dio natrijumskih kanala se zatvara. Međutim, mogu se ponovo otvoriti pod uticajem stimulusa iznad praga. Ovo odgovara fazi relativne refraktornosti. Tokom depolarizacije tragova, MP je na kritičnom nivou, tako da čak i stimulansi ispod praga mogu izazvati pobuđivanje ćelije. Shodno tome, u ovom trenutku njena ekscitabilnost je povećana. Ova faza se naziva faza natprirodne ekscitabilnosti. U trenutku hiperpolarizacije traga, MP je veći od početnog nivoa. Ona je u fazi subnormalne ekscitabilnosti.

9. Struktura skeletnih mišića i njihova inervacija. Motorna jedinica. Fiziološka svojstva mišića, njihove karakteristike kod novorođenčeta.

Morfo-funkcionalna klasifikacija mišića:

1. Poprečno prugasta

a) skeletni - višejezgrene ćelije, poprečno prugaste, jezgra su bliže sarkolemi. Težina 40%.

b) srčane - poprečno-prugaste, mononuklearne ćelije, jezgro u centru. Težina 0,5%.

2. Glatke - mononuklearne ćelije, nemaju poprečne pruge. Oni su dio drugih organa. Ukupna težina 5-10%.

Opća svojstva mišića.

1) Ekscitabilnost. PP = - 90mV. AP amplituda = 120 mV - preokret predznaka +30 mV.

2) Konduktivnost - sposobnost provođenja PD kroz ćelijsku membranu (3-5 m/s). Pruža isporuku PD-a do T-tubule i iz njih u L-tubule koji oslobađaju kalcij.

3) Kontraktilnost - sposobnost skraćivanja ili razvijanja napetosti kada je uzbuđen.

4) Elastičnost - sposobnost vraćanja na prvobitnu dužinu.

Funkcije skeletnih mišića:

1. Kretanje tijela u prostoru

2. Pomicanje dijelova tijela jedan u odnosu na drugi

3. Održavanje držanja

4. Proizvodnja topline

5. Kretanje krvi i limfe (dinamički rad)

6. Učešće u ventilaciji

7. Zaštita unutrašnjih organa

8. Antistresni faktor

Nivoi organizacije skeletnih mišića:

Cijeli mišić je okružen epimizijumom i približavaju mu se krvni sudovi i živci. Pojedinačni mišićni snopovi prekriveni su perimizijumom. Snop ćelija (mišićno vlakno ili simplast) - prekriven endomizijumom. Ćelija sadrži miofibrile iz miofilamenata, glavne proteine ​​- aktin, miozin, tropomiozin, troponin, kalcijum ATPazu, kreatin fosfokinazu, strukturne proteine.

U mišiću se razlikuju motorne jedinice (motoričke, neuromotorne jedinice) - to je funkcionalna povezanost motornog neurona, njegovog aksona i mišićnih vlakana inerviranih ovim aksonom. Ova mišićna vlakna mogu se nalaziti u različitim dijelovima (snopovima) mišića.

Motorna jedinica (MU) je funkcionalna jedinica skeletnih mišića. ME uključuje motorni neuron i grupu mišićnih vlakana inerviranih njime.

Vrste mišićnih vlakana:

1) spora fazna vlakna oksidativnog tipa

2) brza fazna vlakna oksidativnog tipa (tip 2a)

3) brza fazna vlakna glikolitičkog tipa (tip 2b)

4) tonična vlakna

Mehanizmi mišićne kontrakcije.

A) jedno mišićno vlakno

B) cijeli mišić

Skeletni mišići imaju sljedeća bitna svojstva:

1) ekscitabilnost - sposobnost reagovanja na stimulus promenom jonske provodljivosti i membranskog potencijala. U prirodnim uslovima, ovaj iritans je neurotransmiter acetilholin.

2) provodljivost - sposobnost sprovođenja akcionog potencijala duž i duboko u mišićno vlakno duž T-sistema;

3) kontraktilnost - sposobnost skraćivanja ili razvijanja napetosti pri uzbuđenju;

4) elastičnost - sposobnost razvijanja napetosti pri istezanju.

10. Načini kontrakcije mišića: izotonični i izometrijski. Apsolutna snaga mišića. Promjene mišićne snage povezane sa godinama.

Kontraktilnost skeletnog mišića karakterizira sila kontrakcije koju mišić razvija (obično se procjenjuje ukupna snaga koje mišić može razviti, i apsolutno, odnosno sila po 1 cm 2 poprečnog preseka).dužina skraćivanja, stepen napetosti mišićnog vlakna, brzina skraćivanja i razvoja napetosti, brzina opuštanja. Budući da su ovi parametri u velikoj mjeri određeni početnom dužinom mišićnih vlakana i opterećenjem mišića, istraživanja kontraktilnosti mišića se provode na različite načine.

Iritacija mišićnog vlakna jednim pragom ili nadpragom dovodi do pojave jedne kontrakcije koja se sastoji od nekoliko perioda (slika 2.23). Prvi, latentni period, je zbir vremenskih kašnjenja uzrokovanih ekscitacijom membrane mišićnog vlakna, propagacijom PD kroz T-sistem u vlakno, stvaranjem inozitol trifosfata, povećanjem koncentracije intracelularnog kalcija. i aktiviranje poprečnih mostova. Za žablji mišić sartorius, period latencije je oko 2 ms.

Drugi je period skraćivanja, odnosno razvoja napetosti. U slučaju slobodnog skraćivanja mišićnog vlakna govorimo o način izotonične kontrakcije, u kojoj se napetost praktički ne mijenja, a mijenja se samo dužina mišićnog vlakna. Ako je mišićno vlakno fiksirano s obje strane i ne može se slobodno skratiti, onda se kaže da jeste izometrijski način kontrakcije Strogo govoreći, ovim načinom kontrakcije, dužina mišićnog vlakna se ne mijenja, dok se veličina sarkomera mijenja zbog klizanja aktinskih i miozinskih filamenata jedan u odnosu na druge. U ovom slučaju, rezultirajuća napetost se prenosi na elastične elemente koji se nalaze unutar vlakna. Poprečni mostovi miozinskih filamenata, aktinskih filamenata, Z-ploča, longitudinalno locirani sarkoplazmatski retikulum i sarkolema mišićnih vlakana imaju elastična svojstva.

U eksperimentima na izoliranom mišiću otkriva se istezanje vezivnotkivnih elemenata mišića i tetiva na koje se prenosi napetost koju razvijaju poprečni mostovi.

U ljudskom tijelu, izotonična ili izometrijska kontrakcija se ne javlja u izoliranom obliku. U pravilu, razvoj napetosti je praćen skraćivanjem dužine mišića - auksotonični način kontrakcije

Treći je period opuštanja, kada se koncentracija Ca 2+ jona smanjuje i miozinske glave se odvajaju od aktinskih filamenata.

Vjeruje se da je za jedno mišićno vlakno napetost koju razvija bilo koji sarkomer jednaka napetosti bilo kojeg drugog sarkomera. Pošto su sarkomeri povezani u seriju, brzina kontrakcije mišićnog vlakna proporcionalna je broju njegovih sarkomera. Dakle, tokom jedne kontrakcije, brzina skraćivanja dugog mišićnog vlakna je veća nego kod kraćeg. Količina sile koju razvija mišićno vlakno proporcionalna je broju miofibrila u vlaknu. Tokom treninga mišića povećava se broj miofibrila, koji su morfološki supstrat za povećanje snage mišićne kontrakcije. Istovremeno se povećava broj mitohondrija, povećavajući izdržljivost mišićnog vlakna tokom fizičke aktivnosti.

U izolovanom mišiću, veličina i brzina jedne kontrakcije određuju se brojnim dodatnim faktorima. Veličina jedne kontrakcije prvenstveno će biti određena brojem motornih jedinica uključenih u kontrakciju. Budući da se mišići sastoje od mišićnih vlakana s različitim nivoima ekscitabilnosti, postoji određena veza između veličine stimulusa i odgovora. Povećanje sile kontrakcije moguće je do određene granice, nakon čega amplituda kontrakcije ostaje nepromijenjena kako se povećava amplituda stimulusa. U tom slučaju sva mišićna vlakna koja čine mišić učestvuju u kontrakciji.

Značaj učešća svih mišićnih vlakana u kontrakciji pokazuje se proučavanjem zavisnosti brzine skraćivanja od veličine opterećenja.

Kada se drugi stimulus primeni tokom perioda skraćivanja ili razvoja mišićne napetosti, dolazi do sumiranja dve uzastopne kontrakcije i rezultirajući odgovor u amplitudi postaje značajno veći nego kod jednog stimulusa; Ako se mišićno vlakno ili mišić stimuliše takvom frekvencijom da će se ponavljati podražaji tokom perioda skraćivanja ili razvoja napetosti, tada dolazi do potpunog zbrajanja pojedinačnih kontrakcija i razvija se glatki tetanus (Sl. 2.25, B). Tetanus je jaka i dugotrajna kontrakcija mišića. Smatra se da se ovaj fenomen zasniva na povećanju koncentracije kalcija unutar ćelije, što omogućava da se interakcija između aktina i miozina i stvaranje mišićne sile poprečnim mostovima odvijaju dovoljno dugo. Kada se frekvencija stimulacije smanji, moguće je da se u periodu opuštanja primeni ponovljeni stimulans. U ovom slučaju će doći i do sumiranja mišićnih kontrakcija, ali će se uočiti karakteristično povlačenje na krivulji mišićne kontrakcije (Sl. 2.25, D) - nepotpuno zbrajanje, ili nazubljeni tetanus.

Kod tetanusa dolazi do sumiranja mišićnih kontrakcija, dok se akcioni potencijal mišićnih vlakana ne sumira.

U prirodnim uslovima ne dolazi do pojedinačnih kontrakcija skeletnih mišića. Dolazi do zbrajanja, ili superpozicija, skraćenice pojedinih neuromotornih jedinica. U ovom slučaju, sila kontrakcije može se povećati kako zbog promjene broja motornih jedinica uključenih u kontrakciju, tako i zbog promjene frekvencije impulsa motornih neurona. Ako se frekvencija impulsa poveća, zbir kontrakcija pojedinačnih motornih jedinica će se uočiti.

Jedan od razloga za povećanje sile kontrakcije u prirodnim uvjetima je frekvencija impulsa koje generiraju motorni neuroni. Drugi razlog za to je povećanje broja pobuđenih motornih neurona i sinhronizacija frekvencije njihove ekscitacije. Povećanje broja motornih neurona odgovara povećanju broja motornih jedinica uključenih u kontrakciju, a povećanje stepena sinhronizacije njihove ekscitacije doprinosi povećanju amplitude tokom superpozicije maksimalne kontrakcije koju razvija svaki motorna jedinica odvojeno.

Sila kontrakcije izoliranog skeletnog mišića, pod jednakim uvjetima, ovisi o početnoj dužini mišića. Umjereno istezanje mišića dovodi do toga da se sila koju razvija povećava u odnosu na silu koju razvija neispruženi mišić. Dolazi do zbrajanja pasivne napetosti, uzrokovane prisustvom elastičnih komponenti mišića, i aktivne kontrakcije. Maksimalna kontraktilna sila se postiže kada je veličina sarkomera 2-2,2 µm (slika 2.26). Povećanje dužine sarkomera dovodi do smanjenja sile kontrakcije, jer se područje međusobnog preklapanja aktinskih i miozinskih filamenata smanjuje. Sa dužinom sarkomera od 2,9 µm, mišić može razviti silu koja je jednaka samo 50% maksimalno moguće.

U prirodnim uslovima, sila kontrakcije skeletnih mišića pri istezanju, na primer tokom masaže, povećava se zbog rada gama eferenta.

Apsolutna mišićna snaga je omjer maksimalne mišićne snage i njenog fiziološkog prečnika, tj. maksimalno opterećenje koje mišić može podići podijeljeno s ukupnom površinom svih mišićnih vlakana. Sila kontrakcije ne ostaje konstantna tokom života. Kao rezultat produžene aktivnosti, performanse skeletnih mišića se smanjuju. Ova pojava se zove umor. Istovremeno, sila kontrakcije se smanjuje, povećavaju se latentni period kontrakcije i period opuštanja.

11. Kontrakcije pojedinačnih mišića, njegove faze. Faze promjena u mišićnoj ekscitabilnosti. Karakteristike jedne kontrakcije kod novorođenčadi.

Stimulacija mišića ili motornog živca koji ga inervira jednim stimulusom uzrokuje jednu kontrakciju mišića. Razlikuje dvije glavne faze: fazu kontrakcije i fazu opuštanja. Kontrakcija mišićnog vlakna počinje već tokom uzlazne grane akcionog potencijala. Trajanje kontrakcije u svakoj tački mišićnog vlakna je desetine puta duže od trajanja AP. Stoga dolazi trenutak kada je AP prošao duž cijelog vlakna i završio se, ali je val kontrakcije zahvatio cijelo vlakno i ono nastavlja da se skraćuje. To odgovara trenutku maksimalnog skraćivanja ili napetosti mišićnog vlakna.

Kontrakcija svakog pojedinačnog mišićnog vlakna tokom pojedinačnih kontrakcija je u skladu sa zakonom" sve ili ništa". To znači da kontrakcija koja se javlja i za vreme praga i za superpragnu stimulaciju ima maksimalnu amplitudu. Veličina jedne kontrakcije celog mišića zavisi od jačine stimulacije. Kod praga stimulacije njegova kontrakcija je jedva primetna, ali sa povećanjem jačine stimulacije povećava se, sve dok ne dostigne određenu visinu, nakon čega ostaje nepromijenjena (maksimalna kontrakcija).To se objašnjava činjenicom da ekscitabilnost pojedinih mišićnih vlakana nije ista, pa se samo dio njih pobuđuje. uz slabu stimulaciju.Sa maksimalnom kontrakcijom svi su uzbuđeni.Brzina talasa mišićne kontrakcije je ista sa brzinom prostiranja sile akcije.U biceps brachii mišiću iznosi 3,5-5,0 m/sec.

Jedna kontrakcija - smanjenje za jedan stimulus. Podijeljen je na latentni period, fazu kontrakcije i fazu opuštanja. U trenutku latentnog perioda nastupa refraktorna faza. Ali već na početku faze skraćivanja se obnavlja.

12. Zbir mišićnih kontrakcija. Tetaničke kontrakcije.

Ako u eksperimentu dvije jake pojedinačne stimulacije djeluju na jedno mišićno vlakno ili cijeli mišić u brzom slijedu, rezultirajuća kontrakcija će imati veću amplitudu od maksimalne pojedinačne kontrakcije. Čini se da se kontraktilni efekti uzrokovani prvom i drugom stimulacijom zbrajaju. Ova pojava se naziva sumiranje kontrakcija. Da bi došlo do sumiranja, potrebno je da interval između iritacija ima određeno trajanje – mora biti duži od refraktornog perioda, ali kraći od cjelokupnog trajanja jedne kontrakcije, tako da druga iritacija zahvati mišić prije nego što stigne. opustiti se. U ovom slučaju moguća su dva slučaja. Ako drugi podražaj stigne kada se mišić već počeo opuštati, na miografskoj krivulji će vrh druge kontrakcije biti odvojen od prvog povlačenjem. Ako druga stimulacija djeluje kada prva kontrakcija još nije dostigla svoj vrhunac, onda se čini da se druga kontrakcija spaja s prvom, formirajući zajedno s njom jedan zbrojeni vrh. I za potpuno i za nepotpuno zbrajanje, PD se ne zbrajaju. Ova zbirna kontrakcija kao odgovor na ritmičku stimulaciju naziva se tetanus. U zavisnosti od učestalosti iritacije, može biti nazubljena ili glatka.

Razlog za zbir kontrakcija tokom tetanusa leži u akumulaciji Ca++ jona u interfibrilarnom prostoru do koncentracije od 5*10 6 mmol/l. Nakon postizanja ove vrijednosti, daljnja akumulacija Ca++ ne dovodi do povećanja amplitude tetanusa.

Nakon prestanka tetaničke stimulacije, vlakna se u početku ne opuštaju potpuno, a njihova prvobitna dužina se vraća tek nakon nekog vremena. Ova pojava se naziva posttetanična ili rezidualna kontraktura. To je povezano sa tim. da je potrebno više vremena da se iz interfibrilarnog prostora ukloni sav Ca++ koji je tamo dospeo tokom ritmičkih nadražaja i nije stigao da se u potpunosti ukloni u cisterne sarkoplazmatskog retikuluma radom Ca pumpi.

Ako se nakon postizanja glatkog tetanusa učestalost stimulacije još više poveća, tada se mišić na određenoj frekvenciji odjednom počinje opuštati. Ovaj fenomen se zove pessimum . Javlja se kada svaki sljedeći impuls padne u refraktornost od prethodnog.

13. Ultrastruktura miofibrila. Kontraktilni proteini (aktin, miozin). Regulatorni proteini (troponin, tropomiozin) u sastavu tankih protofibrila. Teorija mišićne kontrakcije.

Miofibrili su kontraktilni aparat mišićnih vlakana. U prugasto-prugastim mišićnim vlaknima, miofibrile su podijeljene na dijelove (diskove) koji se pravilno izmjenjuju i imaju različita optička svojstva. Neka od ovih područja su anizotropna, tj. su dvolomni. U normalnom svjetlu izgledaju tamno, ali u polariziranom svjetlu izgledaju prozirno u uzdužnom smjeru i neprozirno u poprečnom smjeru. Ostala područja su izotropna i izgledaju providna pri normalnom svjetlu. Anizotropna područja su označena slovom A, izotropno - I. U sredini diska A nalazi se svijetla pruga N, a u sredini diska I nalazi se tamna pruga Z, što je tanka poprečna membrana kroz čije pore prolaze miofibrili. Zbog prisustva takve potporne strukture, paralelni, nedvosmisleni diskovi pojedinačnih miofibrila unutar jednog vlakna ne pomiču se jedan u odnosu na drugi tokom kontrakcije.

Utvrđeno je da svaka od miofibrila ima promjer od oko 1 μm i sastoji se od u prosjeku od 2500 protofibrila, koji su izdužene polimerizirane molekule miozina i proteina aktina. Miozinski filamenti (protofibrili) su dvostruko deblji od aktinskih filamenata. Njihov prečnik je približno 100 angstroma. U stanju mirovanja mišićnog vlakna, filamenti se nalaze u miofibrili na način da tanki dugi aktinski filamenti ulaze svojim krajevima u prostore između debelih i kraćih miozinskih filamenata. U takvom dijelu, svaka debela nit je okružena sa 6 tankih. Zbog toga se diskovi I sastoje samo od aktinskih filamenata, a diskovi A se sastoje i od miozinskih filamenata. Svetlosna pruga H predstavlja zonu bez aktinskih filamenata tokom perioda mirovanja. Membrana Z, koja prolazi kroz sredinu diska I, drži aktinske filamente zajedno.

Važna komponenta ultramikroskopske strukture miofibrila su i brojni poprečni mostovi na miozinu. Zauzvrat, aktinski filamenti imaju takozvane aktivne centre, koji su u mirovanju prekriveni, poput omotača, posebnim proteinima - troponinom i tropomiozinom. Kontrakcija se zasniva na procesu klizanja aktinskih filamenata u odnosu na filamente miozina. Ovo klizanje je uzrokovano radom tzv. "hemijska oprema", tj. periodično nastaju ciklusi promjena stanja poprečnih mostova i njihova interakcija sa aktivnim centrima na aktinu. ATP i Ca+ joni igraju važnu ulogu u ovim procesima.

Kada se mišićno vlakno kontrahira, aktinski i miozinski filamenti se ne skraćuju, već počinju kliziti jedan preko drugog: aktinski filamenti se kreću između miozinskih filamenata, zbog čega se skraćuje dužina I diskova, a diskova A održavaju svoju veličinu, približavajući se jedno drugom. H traka gotovo nestaje jer krajevi aktina se dodiruju, pa čak i preklapaju.

14. Odnos ekscitacije i kontrakcije (elektromehanička sprega) u mišićnim vlaknima. Uloga jona kalcijuma. Funkcija sarkoplazmatskog retikuluma.

U skeletnim mišićima u prirodnim uslovima inicijator mišićne kontrakcije je akcioni potencijal, koji se, kada je pobuđen, širi duž površinske membrane mišićnog vlakna.

Ako se vrh mikroelektrode nanese na površinu mišićnog vlakna u području membrane Z, onda kada se primijeni vrlo slab električni stimulans koji uzrokuje depolarizaciju, diskovi I na obje strane mjesta stimulacije će se početi skraćivati. u ovom slučaju ekscitacija se širi duboko u vlakno, duž membrane Z. Iritacija drugih dijelova membrane ne uzrokuje takav efekat. Iz ovoga slijedi da je depolarizacija površinske membrane u području diska I tokom AP propagacije pokretački mehanizam za kontraktilni proces.

Dalja istraživanja su pokazala da je važna međuveza između depolarizacije membrane i početka mišićne kontrakcije prodiranje slobodnih jona CA++ u interfibrilarni prostor. U mirovanju, većina Ca++ u mišićnim vlaknima pohranjena je u sarkoplazmatskom retikulumu.

U mehanizmu kontrakcije mišića posebnu ulogu ima onaj dio retikuluma koji je lokaliziran u području membrane Z. Elektronskom mikroskopom se otkriva tzv. retikulum. trijada (T-sistem), od kojih se svaki sastoji od tanke poprečne cijevi centralno smještene u području membrane Z, koja prolazi preko vlakna, i dvije lateralne cisterne sarkoplazmatskog retikuluma, koje sadrže vezani Ca++. PD, šireći se duž površinske membrane, nosi se duboko u vlakno duž poprečnih cijevi trijada. Tada se ekscitacija prenosi na cisterne, depolarizira njihovu membranu i ona postaje propusna za CA++.

Eksperimentalno je utvrđeno da postoji određena kritična koncentracija slobodnih Ca++ jona pri kojoj počinje kontrakcija miofibrila. To je jednako 0,2-1,5 * 10 6 jona po vlaknu. Povećanje koncentracije Ca++ na 5*10 6 već uzrokuje maksimalnu kontrakciju.

Početak kontrakcije mišića ograničen je na prvu trećinu uzlaznog ekstremiteta AP, kada njegova vrijednost dostigne približno 50 mV. Vjeruje se da upravo pri ovoj veličini depolarizacije koncentracija Ca++ postaje prag za početak interakcije između aktina i miozina.

Proces oslobađanja Ca++ se zaustavlja nakon završetka AP pika. Ipak, kontrakcija nastavlja da raste sve dok mehanizam koji osigurava povratak Ca++ u retikulum cisterne ne stupi u igru. Ovaj mehanizam se naziva “kalcijum pumpa”. Za obavljanje svog rada koristi se energija dobivena razgradnjom ATP-a.

U interfibrilarnom prostoru Ca++ stupa u interakciju sa proteinima koji pokrivaju aktivne centre aktinskih filamenata - troponin i tropomiozin, pružajući mogućnost za reakciju miozinskih poprečnih mostova i aktinskih filamenata.

Dakle, slijed događaja koji dovode do kontrakcije, a zatim opuštanja mišićnog vlakna trenutno je prikazan na sljedeći način:

15. Umor tokom mišićnog rada. Uzroci umora. Koncept aktivne rekreacije.

Umor je privremeno smanjenje rada ćelije, organa ili cijelog organizma koje nastaje kao posljedica rada i nestaje nakon odmora.

Ako izolirani mišić dugo iritirate ritmičnim električnim podražajima, na koje je obustavljeno malo opterećenje, tada se amplituda njegovih kontrakcija postupno smanjuje dok ne padne na nulu. Snima se kriva zamora. Zajedno sa promjenom amplitude kontrakcija tokom umora, povećava se latentni period kontrakcije, produžava se period opuštanja mišića i povećava prag iritacije, tj. ekscitabilnost se smanjuje. Sve ove promjene ne nastaju odmah nakon početka rada, postoji određeni period tokom kojeg se uočava povećanje amplitude kontrakcija i blago povećanje ekscitabilnosti mišića. Istovremeno, postaje lako rastegljiv. U takvim slučajevima kažu da je mišić „proradio“, tj. prilagođava se radu u datom ritmu i jačini iritacije. Nakon perioda obradivosti, počinje period stabilnog rada. Uz daljnju produženu iritaciju dolazi do zamora mišićnih vlakana.

Smanjenje performansi mišića izolovanog od tijela tokom produžene iritacije posljedica je dva glavna razloga. Prvi od njih je da se tokom kontrakcija, metabolički proizvodi akumuliraju u mišićima ( fosforna kiselina, vezujući Ca++, mliječnu kiselinu, itd.), koji djeluju depresivno na performanse mišića. Neki od ovih proizvoda, kao i Ca ioni, difundiraju iz vlakana u pericelularni prostor i imaju supresivni učinak na sposobnost ekscitabilne membrane da stvara AP. Dakle, ako se izolovani mišić smješten u maloj količini Ringerove tekućine dovede do potpunog umora, dovoljno je samo promijeniti otopinu kojom se ispiru kako bi se povratile mišićne kontrakcije.

Drugi razlog za razvoj umora u izoliranom mišiću je postepeno iscrpljivanje njegovih energetskih rezervi. Kod produljenog rada, sadržaj glikogena u mišićima naglo se smanjuje, zbog čega su poremećeni procesi resinteze ATP i CP potrebni za kontrakciju.

Treba napomenuti da se u prirodnim uslovima postojanja organizma zamor motoričkog sistema tokom dužeg rada razvija potpuno drugačije nego u eksperimentu sa izolovanim mišićem. To nije samo zbog činjenice da se u tijelu mišić kontinuirano opskrbljuje krvlju, te stoga s njom prima potrebne hranjive tvari i oslobađa se od metaboličkih proizvoda. Glavna razlika je u tome što u tijelu uzbudljivi impulsi dolaze do mišića iz živca. Neuromuskularna sinapsa se zamara mnogo ranije od mišićnih vlakana, zbog brzog iscrpljivanja akumuliranih rezervi neurotransmitera. To uzrokuje blokadu prijenosa uzbuđenja s živca na mišić, što štiti mišić od iscrpljenosti uzrokovane produženim radom. U cijelom organizmu nervni centri (nervno-nervni kontakti) se umaraju još ranije tokom rada.

Uloga nervnog sistema u umoru čitavog organizma dokazana je studijama umora u hipnozi (košarica sa utezima), utvrđivanjem uticaja „aktivnog odmora“ na umor, ulogom simpatičkog nervnog sistema (fenomen Orbeli-Ginecinskog). ), itd.

Ergografija se koristi za proučavanje umora mišića kod ljudi. Oblik krive zamora i količina obavljenog posla izuzetno varira među različitim pojedincima, pa čak i među istim subjektom pod različitim uvjetima.

16. Fiziološke karakteristike glatkih mišića. Plastični tonus glatkih mišića.

Važno svojstvo glatkih mišića je njegova velika plastika , one. sposobnost održavanja dužine zadate istezanjem bez promjene napetosti. Skeletni mišić se, naprotiv, odmah skraćuje nakon uklanjanja opterećenja. Glatki mišić ostaje istegnut sve dok, pod uticajem neke iritacije, ne dođe do njegove aktivne kontrakcije. Svojstvo plastičnosti je od velike važnosti za normalno funkcioniranje šupljih organa - zahvaljujući njemu se pritisak unutar šupljeg organa relativno malo mijenja s različitim stupnjevima njegovog punjenja.

Postoji Razne vrste glatke mišiće. U zidovima većine šupljih organa nalaze se mišićna vlakna dužine 50-200 mikrona i prečnika 4-8 mikrona, koja su veoma blizu jedno drugom, pa se, kada se pregleda pod mikroskopom, čini da su morfološki čine jednu celinu. Elektronski mikroskopski pregled pokazuje, međutim, da su međusobno odvojeni međućelijskim prazninama, čija širina može biti 600-1500 angstroma. Unatoč tome, glatki mišići funkcioniraju kao jedna jedinica. To se izražava u činjenici da se AP i spori talasi depolarizacije nesmetano šire od jednog do drugog vlakna.

U nekim glatkim mišićima, na primjer, u cilijarnom mišiću oka ili mišićima šarenice, vlakna se nalaze odvojeno, a svako ima svoju inervaciju. U većini glatkih mišića, motorna nervna vlakna nalaze se na samo malom broju vlakana.

Potencijal mirovanja glatkih mišićnih vlakana, koji imaju automatizam, pokazuje stalne male fluktuacije. Njegova vrijednost tokom intracelularne abdukcije je 30-70 mV. Potencijal mirovanja glatkih mišićnih vlakana koja nemaju automatizam je stabilan i iznosi 60-70 mV. U oba slučaja njegova vrijednost je manja od potencijala mirovanja skeletnih mišića. To je zbog činjenice da membranu glatkih mišićnih vlakana u mirovanju karakterizira relativno visoka permeabilnost za Na ione. Akcioni potencijali u glatkim mišićima su također nešto niži nego u skeletnim mišićima. Višak iznad potencijala mirovanja nije veći od 10-20 mV.

Jonski mehanizam nastanka AP u glatkim mišićima je nešto drugačiji od onog u skeletnim mišićima. Utvrđeno je da je regenerativna depolarizacija membrane, koja je u osnovi akcionog potencijala u velikom broju glatkih mišića, povezana sa povećanjem propusnosti membrane za jone Ca++, a ne za Na+.

Mnogi glatki mišići pokazuju spontanu, automatsku aktivnost. Karakterizira ga polagano smanjenje potencijala membrane mirovanja, što je, kada se postigne određeni nivo, praćeno pojavom AP.

živčanih i skeletnih mišićnih vlakana, ekscitacija se širi kroz lokalne električne struje koje nastaju između depolariziranih i susjednih dijelova stanične membrane u mirovanju. Isti mehanizam karakterističan je i za glatke mišiće. Međutim, za razliku od onoga što se događa u skeletnim mišićima, u glatkim mišićima akcioni potencijal koji nastaje u jednom vlaknu može se proširiti na susjedna vlakna. To je zbog činjenice da u membrani glatkih mišićnih ćelija u području kontakta sa susjednim postoje područja relativno niskog otpora, kroz koja strujne petlje koje nastaju u jednom vlaknu lako prelaze u susjedne, uzrokujući depolarizacija njihovih membrana. U tom pogledu, glatki mišić je sličan srčanom mišiću. Jedina razlika je u tome što se u srcu cijeli mišić pobuđuje iz jedne ćelije, a kod glatkih mišića PD koji nastaje u jednom području širi se od njega samo na određenu udaljenost, što ovisi o jačini primijenjenog stimulusa.

Još jedna značajna karakteristika glatkih mišića je da se akcioni potencijal širenja javlja prema dolje samo ako primijenjeni stimulus istovremeno pobuđuje određeni minimalni broj mišićnih ćelija. Ova "kritična zona" ima prečnik od oko 100 mikrona, što odgovara 20-30 paralelnih ćelija. Brzina ekscitacije u različitim glatkim mišićima kreće se od 2 do 15 cm/sec. one. znatno manje nego u skeletnim mišićima.

Baš kao iu skeletnim mišićima, u glatkim mišićima akcioni potencijali imaju vrijednost okidača za početak kontraktilnog procesa. Veza između ekscitacije i kontrakcije ovdje se također ostvaruje uz pomoć Ca++. Međutim, u glatkim mišićnim vlaknima sarkoplazmatski retikulum je slabo izražen, pa vodeću ulogu u mehanizmu kontrakcije imaju oni joni Ca++ koji prodiru u mišićno vlakno tokom stvaranja akcionog potencijala.

At velika snaga Jedna iritacija može uzrokovati kontrakciju glatkih mišića. Latentni period njegove kontrakcije je mnogo duži od skeletnog i dostiže 0,25-1 sek. Trajanje same kontrakcije je također dugo - do 1 minute. Opuštanje se javlja posebno sporo nakon kontrakcije. Talas kontrakcije se širi kroz glatke mišiće istom brzinom kao i talas ekscitacije (2-15 cm/sec). Ali ova sporost kontraktilne aktivnosti je kombinovana sa velikom snagom kontrakcije glatkih mišića. Dakle, mišići želuca ptica mogu podići 2 kg po 1 kvadratnom mm. njegov poprečni presek.

Zbog sporosti kontrakcije, glatki mišići, čak i uz rijetku ritmičku stimulaciju (10-12 u minuti), lako prelaze u dugotrajno stanje uporne kontrakcije, koje podsjeća na tetanus skeletnih mišića. Međutim, troškovi energije za takvo smanjenje su vrlo niski.

Sposobnost automatizacije glatkih mišića svojstvena je njihovim mišićnim vlaknima i regulirana je nervnim elementima koji se nalaze u zidovima glatkih mišića. Miogena priroda automatizma dokazana je eksperimentima na trakama mišića crijevnog zida oslobođenih od nervnih elemenata. Glatki mišići reagiraju na sve vanjske utjecaje promjenom učestalosti spontanih ritmova, što rezultira kontrakcijama ili opuštanjem mišića. Učinak iritacije glatkih mišića crijeva ovisi o odnosu između učestalosti stimulacije i prirodne frekvencije spontanih ritmova: kod niskog tonusa - rijetka spontana PD - primijenjena iritacija povećava tonus; kod visokog tonusa dolazi do opuštanja kao odgovora na iritaciju , budući da pretjerano ubrzanje impulsa dovodi do toga da svaki sljedeći impuls pada u refraktornu fazu od prethodnog.

17. Građa i funkcije nervnih vlakana. Mehanizam ekscitacije

mijelinizirana i nemijelinizirana nervna vlakna. Značenje Ranvierovih čvorova.

Glavna funkcija aksona je provođenje impulsa koji nastaju u neuronu. Aksoni mogu biti prekriveni mijelinskom ovojnicom (mijelinizirana vlakna) ili je nemaju (nemijelinizirana vlakna). Mijelinska vlakna su češća u motornim nervima, dok nemijelinizirana vlakna prevladavaju u autonomnom (autonomnom) nervnom sistemu.

Pojedinačno mijelinizirano nervno vlakno sastoji se od aksijalnog cilindra prekrivenog mijelinskom ovojnicom koju formiraju Schwannove stanice. Aksijalni cilindar ima membranu i aksoplazmu. Mijelinska ovojnica je proizvod aktivnosti Schwannove ćelije i sastoji se od 80% lipida sa visokom omskom otpornošću i 20% proteina.

Mijelinski omotač ne prekriva aksijalni cilindar neprekidnim poklopcem, već je prekinut, ostavljajući otvorene površine aksijalnog cilindra, koje se nazivaju Ranvierovi čvorovi. Dužina presjeka između ovih presjeka je različita i ovisi o debljini nervnog vlakna: što je ono deblje, to je rastojanje između presjeka veće (slika 2.17).

Nemijelinizirana nervna vlakna prekrivena su samo Schwannovom ovojnicom.

Provođenje ekscitacije u nemijeliniziranim vlaknima razlikuje se od one u mijeliniziranim vlaknima zbog različite strukture membrana. U nemijeliniziranim vlaknima ekscitacija postupno pokriva susjedne dijelove membrane aksijalnog cilindra i tako se širi do kraja aksona. Brzina širenja pobude duž vlakna određena je njegovim prečnikom.

U nervnim vlaknima bez mijelina, gdje metabolički procesi ne osiguravaju brzu kompenzaciju utroška energije na ekscitaciju, širenje ove ekscitacije događa se postupnim slabljenjem - sa smanjenjem. Dekrementalno provođenje ekscitacije je karakteristično za nisko organizovan nervni sistem.

Kod viših životinja, zahvaljujući prvenstveno prisutnosti mijelinske ovojnice i savršenstvu metabolizma u nervnom vlaknu, ekscitacija prolazi bez blijeđenja, bez dekrementa. To je olakšano prisustvom jednakog naboja u cijeloj membrani vlakana i njenom brzom restauracijom nakon prolaska ekscitacije.

U mijeliniziranim vlaknima ekscitacija pokriva samo područja nodalnih presjeka, odnosno zaobilazi područja prekrivena mijelinom. Ovo provođenje pobude duž vlakna naziva se slano (razmak). U čvorovima broj natrijevih kanala dostiže 12.000 po 1 µm, što je znatno više nego u bilo kojem drugom dijelu vlakna. Kao rezultat toga, presretanja čvorova su najuzbudljivija i pružaju veću brzinu ekscitacije. Vrijeme provođenja ekscitacije duž mijelinskog vlakna obrnuto je proporcionalno dužini između presretanja.

Provođenje ekscitacije duž nervnog vlakna nije poremećeno dugo (više sati). Ovo ukazuje na nizak zamor nervnog vlakna. Vjeruje se da je nervno vlakno relativno neumorno zbog činjenice da se procesi energetske resinteze u njemu odvijaju dovoljno velikom brzinom i uspijevaju obnoviti potrošnju energije koja se javlja prilikom prolaska ekscitacije.

U trenutku ekscitacije, energija nervnog vlakna se troši na rad natrijum-kalijum pumpe. Naročito velike količine energije se troše na čvorovima Ranvier zbog velike gustine natrijum-kalijumskih kanala ovde.

J. Erlanger i H. Gasser (1937) su prvi klasifikovali nervna vlakna na osnovu brzine ekscitacije. Brzina ekscitacije duž mješovitih nervnih vlakana varira kada se koristi ekstracelularna elektroda. Potencijali vlakana koja provode pobudu pri različitim brzinama se bilježe zasebno (slika 2.18).

U zavisnosti od brzine ekscitacije, nervna vlakna se dele na tri tipa: A, B, C. Zauzvrat, vlakna tipa A se dele u četiri grupe: A α , A β , A γ , A δ . Vlakna grupe A imaju najveću brzinu provodljivosti (do 120 m/s) α , koji se sastoji od vlakana prečnika 12-22 mikrona. Ostala vlakna imaju manji prečnik i, shodno tome, ekscitacija kroz njih se dešava manjom brzinom (tabela 2.4).

Nervni trup je formiran od velikog broja vlakana, ali uzbuđenje koje ide duž svakog od njih ne prenosi se na susjedna. Ova karakteristika provođenja ekscitacije duž nerva naziva se zakon izolovanog provođenja pobude duž jednog nervnog vlakna. Mogućnost takvog ponašanja je od velike fiziološke važnosti, jer osigurava, na primjer, izolaciju kontrakcije svake neuromotorne jedinice.

Sposobnost nervnog vlakna da provodi ekscitaciju na izolovan način je posledica prisustva membrana, kao i činjenice da je otpor fluida koji ispunjava međuvlaknaste prostore znatno manji od otpora membrane vlakana. Stoga se struja, koja napušta pobuđeno vlakno, šantira u tekućini i ispada da je slaba za pobuđivanje susjednih vlakana. Neophodan uslov za provođenje ekscitacije u nervu nije samo njegov anatomski kontinuitet, već i njegov fiziološki integritet. U bilo kojem metalnom provodniku, električna struja će teći sve dok provodnik održava fizički kontinuitet. Za nervni "provodnik" ovo stanje nije dovoljno: nervno vlakno takođe mora održavati fiziološki integritet. Ako se naruše svojstva vlaknaste membrane (ligacija, blokada novokainom, amonijakom itd.), Prestaje provođenje ekscitacije duž vlakna. Još jedno svojstvo karakteristično za provođenje ekscitacije duž nervnog vlakna je sposobnost bilateralnog provođenja. Primjena stimulacije između dvije izlazne elektrode na površini vlakna inducirat će električne potencijale ispod svake elektrode.

Tabela - Brzina ekscitacije duž nervnih vlakana

Grupa vlakana	Prečnik vlakna, µm	Brzina provodljivosti, m/s

18. Zakoni provođenja ekscitacije duž nerava. Klasifikacija nervnih vlakana. Brzina ekscitacije duž nervnih vlakana, njene starosne karakteristike.

19. Struktura neuromuskularne sinapse. Mehanizam prijenosa ekscitacije sa nerva na mišić.Potencijal krajnje ploče, njegova svojstva.

Sinapse su kontakti koji uspostavljaju neurone kao samostalno obrazovanje. Sinapsa je složena struktura i sastoji se od presinaptičkog dijela (kraj aksona koji prenosi signal), sinaptičkog pukotina i postsinaptičkog dijela (struktura ćelije primaoca).

Neuromuskularne sinapse osiguravaju provođenje ekscitacije od nervnog vlakna do mišićnog vlakna zahvaljujući posredniku acetilkolinu, koji, kada je živčani završetak pobuđen, prelazi u sinaptički rascjep i djeluje na završnu ploču mišićnog vlakna.

Acetilholin se formira i akumulira u obliku vezikula u presinaptičkom terminalu. Kada je pobuđen električnim impulsom koji putuje duž aksona, presinaptički dio sinapse postaje propustljiv za acetilkolin.

Ova permeabilnost je moguća zbog činjenice da se kao rezultat depolarizacije presinaptičke membrane otvaraju njeni kalcijumski kanali. Jon Ca2+ ulazi u presinaptički dio sinapse iz sinaptičkog pukotina. Acetilholin se oslobađa i ulazi u sinaptički rascjep. Ovdje stupa u interakciju sa svojim receptorima na postsinaptičkoj membrani koja pripada mišićnom vlaknu. Receptori, kada su pobuđeni, otvaraju proteinski kanal ugrađen u lipidni sloj membrane. Joni Na+ prodiru u mišićnu ćeliju kroz otvoreni kanal, što dovodi do depolarizacije membrane mišićne ćelije, što rezultira razvojem takozvanog potencijala krajnje ploče (EPP). Budući da je ovaj potencijal obično uvijek iznad praga, on uzrokuje akcioni potencijal koji se širi duž mišićnog vlakna i uzrokuje kontrakciju. Potencijal krajnje ploče je kratak, jer se acetilholin, prvo, brzo odvaja od receptora, a drugo, hidrolizira AChE.

Neuromuskularna sinapsa prenosi ekscitaciju u jednom smjeru: od nervnog završetka do postsinaptičke membrane mišićnog vlakna, što je posljedica prisutnosti kemijske veze u mehanizmu neuromuskularnog prijenosa.

Brzina ekscitacije kroz sinapsu je mnogo manja nego duž nervnog vlakna, jer se ovdje vrijeme troši na aktivaciju presinaptičke membrane, prolazak kalcija kroz nju, oslobađanje acetilholina u sinaptičku pukotinu, depolarizaciju postsinaptičke membrane. membrane i razvoj PPP.