Как вы уже знаете, существует две формы материи:
живая и неживая.
Сходство материй и их различие можно выявить, сравнив обменные процессы с окружающей средой:
Обмен веществ:
1) В неживой природе: обмен веществ ведет к разрушению (диссимиляции),
2) В живой природе: обмен веществ ведет к созиданию (ассимиляции).
Энергообмен:
1) В неживой природе – динамическое равновесие,
2) В живой природе – нет динамического равновесия.
Согревание бутылочки в теплой воде: согрели, на этом и закончилось.
Человек на морозе на улице, если их температуры уравновесятся, то человек умрет. В этом отличие. Часть энергии тратится на постоянство внутренней среды.
1) В неживой природе: отражение пассивно
2) В живой природе – отражение активно
(Человек прошелся в рифленой обуви по песку (остался след) и по другому человеку).
Организм животных и человека обладает высочайшей способностью приспосабливаться к постоянно меняющимся условиям внешней и внутренней среды. В основе приспособительных реакций организма лежит универсальное свойство живой ткани раздражимость.
Раздражимость– способность активно отвечать на воздействие внешней и внутренней среды изменением обменных процессов.
Раздражимость характерна для всех биосистем (например, животные, растительные клетки). Раздражимость является эволюционно древней формой реагирования недифференцированных тканей. В процессе эволюции произошла постепенная дифференцировка тканей. Раздражимость в этих тканях достигла наивысшего выражения и получила название возбудимость. Т.е. возбудимость – частное проявление раздражимости.
Возбудимость - способность ткани специализированно, целенаправленно отвечать на раздражение. Возбудимостью обладают нервная, мышечная и железистая ткани.
Возбуждение – процесс, характеризующийся изменением обмена в ответ на раздражение в виде временной деполяризации мембраны. Ответной реакцией нервной клетки может быть проведение нервного импульса, мышечной клетки – сокращение, секреторной – синтез и выделение биологически активного вещества.
Раздражитель- это изменение внешней или внутренней среды организма, воспринимаемое клетками и вызывающее ответную р-цию.
Компоненты возбуждения:
- Химический
- Физико-химический
- Физический
- Физиологический
Физико-химический – ионная проницаемость (будем изучать).
Физический – электрические, термические, механические проявления.
Физиологический – изменение функциональных свойств (например, клетка может утратить возбудимость во время возбуждения).
Электрическое проявление – наиболее значимое для возбуждения. Регистрируется в виде быстрого колебания мембранного потенциала или потенциала действия. Таким образом, возбудимость – способность генерации потенциала действия (ПД), а возбуждение – процесс генерации ПД.
Эксперименты
1-вый экс. Гальвани доказал существование мех-тока м\у 2-мя разнородными металлами он раздражал и ткань и мыш препарата что приводило к сокращению мышц.
2-ой экс. Гальвани доказал существование животн электричества. Г. Не Имел инструментов, приборов, не мог измерить эл ток ни его направление эл тока – любое направление дв заряжены частиц. Биоэлектрич явл в тк – это направление дв ионов.(Рис.1)
Эл между повр и неповр участком наз током покоя или током повреждения.
Наруж. Поверхность возбу тк заряжен + а изнутри – при поврежд происх сменно + на – (Рис. 2)
Маттеучи прод эксп Гальвани взял 2 нерв-мыш(Рис.3) препарат и стал раздражать нерв 1 препарата, а 2 препарат был положен на мышц 1 препарата. Было доказано наличие тока действия м\у возбужденным участком кот явл мышца и нвозб участком кот явл нерв.
Эти токи обусловлены разницей потенциалов м\у наружней и внутренней поверхностью мембран. Эту разницу назвали МПП а молекул механизм наличия разгадали Ходжкин, Хаксли, Катц (1949-1952).
Эта теория была основана на знание о молекул строении мембран. Суть этой теории МПП возник благадаря направленному движению ионов ч\з мембраны, причем в основном это направлен движение обусловлено движению ионов К +
Движению ионов К + ч\з мембрану переопределено след положениям
1. Сущ-е эл хим градиета для К Na и Cl .
2. Избирательно высокий проницаемости мембрану
3. Наличие акт транспорта ( Na K атфазы в мембране)
Мембрана
Билипидный слой, в кот мозаично плавают белки.
Интергративные белки выполняют ф-цию каналов, переносчиков, насосов, рецепторов.
Периферические белки форм-ют: -цитоскелет –гликокаликс(Рис.4)
Транспорт веществ через мембрану
1диффузия
2осмос
3активный
4везикулярный
1Диффузия
1простая
2облегченная
Простая- две частиц ч/з мембрану по хим. контрационному градиенту (из обл. с высоким [] в обл. с низкого [] в-в.) липид раствор в-ва (О 2;СО 2 этанол и др.) легко диффундируют ч/з липидный бислой, а водорастворимые в-ва и Н 2О но могут, а могут ч/з водн. каналы, формируем спец трансмембр белками, кот. наз. транслокамембр, поэтому все ионы диффуидир ч /з мембрану только ч/з каналы, потому что они еще покрыты гидратной оболочки, проходя ч/з канал отдают «шубку» гидратную, если он не отдал, то не может пройти.
Облегченная- пассивн. перенос в-в с помощью спец белков-переносчиков по градиенту конц-ции.
2Осмос
-это пассивное движение мол-л Н 2О ч/з мембрану по градиенту осмотического давления. Сила которая определяет движения Н 2О называется осмотиеским давлением.
Осмотическое давление- обусловлено кол-вом раствор в Н 2О частиц. Движение мол-л Н 2О осущ-ся из облости с низкой конц-ции в-в в область с высокой конц-ции.
Часть осмотического давления который создает белки называющие онналическим давлением.
3Активный транспорт
-Первично активный (наличие белков комплексов-насосов, работа кот. связана с исп-ем энергии АТФ= транспорт АТФ- азы). Основные функция поддерживания градиента конц-ии ионов осущ. против градиента.
-Вторично активный (обеслеч транспорт в-в белками переносчиками против градиента конц-ции за счет энергии транспорта ионов N а по контрационному градиенту)подержание контрационному градиента N а, обеспе N а,К АТФаза
Чтобы перек углеводы, а/к-ты Са против град конц-ции переносчик.(Рис.5)
4Везикулярный транспорт
-с затратой энергии АТФ
–участие сократ белка цитоскелета
–Са
Эндоцитоз :
- пиноцитоз (Служит поглощение небольших капелек раствора в-в, белков, холестерола)
- фагоцитоз (Служит поглощение крупных частиц, бактерии, разрушенные кл.)
Экзоцитоз :
выделение в-в из кл. (синтез и выделение гормонов,пищеварительных ферментов)
Происхождение МПП
При созд-ии МПП важную роль играет процессы простой диффузии ч/з белковые каналы и первично активный транспорт.В основном создание МПП принимает участие диффузии К из внутриклеточной среды во внеклеточное, такое доминирование К в возбуд с-мах предопределено след факторами.
1Электрохимический градиент ионов К, N а, С l .
2Избирательно высокая прониц мембраны для К.
3Наличие акт транспорта в мембране т.е. N а,К, АТФазы.
1Электронохим градиент(рис.6)
-это соотношкние + и – заряженных частиц внутриклеточной и снаружи.
Изучая проницаемости ионов ч/з мембрану явл токи К.
МПП- равновесн около 90 мВ, но если бы это было около 70 мВ (потому что МПП- это сума величин, опред вклад в кот вносят ионы N а и Cl + работа электрогенного насоса Na - K АТФазы)
Работа электрогенного насоса вносит 10мВ.
2Избират высокая проницаимость мембран д/ионов К
На мембране существует для транспорта ионов существует специальные каналы определяющие мембраны для транспорта ионов.
(рис 7)Простой не управл канал образующий пору в мембрану(каналами утечки, а токи ч/з эти каналы токи утечки). Ничего не мешает пройти К ч/з этот канал. Этот канал образует высокий спец каналы опред-щие избирательно мембраны д/транспорта ионов.
Высок спец избират канала устье опред диаметра и опред заряжен отрицательно гр на внутр стенках канала поэтому ион К имеют гидрати оболочку, отдает гидратн оболочку. Ион N а не может пройти т.к. имеет меньше диаметр, но имеет 2 гидр оболочку.
(рис 8)воротн. механизм- особачувствует участки белка( n ) с высокой чувствительно к чум-ю заряда на мембране. В покое эти каналы закрыты в одноворот канале имеются только 1 управл ворота( n )
(рис 9)управл двуворотн д/ N а
m -активацион ворота(закрыты,поэтому тока нет) n - инактивацион ворота в состоян-покоя (открыт)
(рис 10)наличие N а К АТФаза, кот работает постоянно. N а может проскочить в открыт канала д/К (утечка)
Ионные каналы
1Управляемые:
-Электрогенные потенциал чувств(взависимости от заряда на мембр.)
-Лиганд зависимые(в зависимые какое количество + рец.запускает ряд реакций) 1одноворотные(К) 2двуворотные( N а)
-механочувствительные (открыв,закрыв при растяжении мембраны)
2Неуправляемые(каналы утечки)
Методы Регистрации МПП
1обнаружить наличие МПП можно с помощью 2 опыта Гальвани, а вот измерить Мпп можно только с помощью микроэлектродной техники.(рис 11,12,13)
Екр-критич потенциал(критич уровень деполяризации при достижении кот. на мембране)
Ео-нач зн Мпп быстрая деполяризация или ПД
Разница м/у Ео и Екр наз (Ео-Екр)порог деполяризации или пороговым потенциалом, явл хар-кой мембраны и опр-ет возбудимость мембраны явл мерой возбудимости. ∆Е=Ео-Екр.
Чем меньше ∆Е, тем выше возбудимость.(рис 14)
ПД приближается к равновесному N а потенциалу, потому происходит изменение знака заряда.
«Все или нечего»т.к. амплитуда ПД не зависит от силы St если St >порогов величины (з-н про ответ возбуд кл на раздр-е)