Строение и функции биологических мембран

Трансмембранный транспорт.
3. Механизмы формирования биопотенциалов в покое
(МПП).
4. Механизмы формирования биопотенциалов при
возбуждении (ПД)

План лекции

раздражителя отвечать возбуждением.
Возбуждение – ответ ткани на ее раздражение, проявляющееся в специфической для нее деятельности
(проведение возбуждения нервной тканью, сокращение мышцы, секреция железы) и неспецифических реакциях (генерация потенциала действия, метаболические изменения)

Физиология возбудимых тканей

Биоэлектрические явления- сигналы, при помощи которых нервная система осуществляет передачу информации в организме.
Раздражимость – способность под влиянием определенных факторов внешней или внутренней среды (раздражителей), переходить из состояния физиологического покоя в состояние активности.

мембраны, согласно которой
белковые молекулы плавают в жидком фосфолипидном бислое.
Белки и фосфолипиды могут менять в нем свое положение.

Состав
Белки- 55%
Фосфолипиды – 25%
Холестерол -13%
Другие липиды -4%
Углеводы-3%

Основные функции:
1. барьерная,
2. механическая,
3. матричная
(распределение белков).

Липидный бислой состоит в основном из фосфолипидов. Один конец молекулы - гидрофильный, т.е. растворимый в воде (на нем расположена фосфатная группа), другой – гидрофобный, т.е. растворимым только в жирах (на нем находится жирная кислота).

1.Строение и функции биологических мембран.

растворенных в ней веществ (ионы и молекулы)
Избирательная проницаемость мембраны — проницаемость к конкретным химическим веществам важна для поддержания клеточного гомеостаза.
Свободно проникают через мембрану: жирорастворимые вещества, такие газы, как кислород, углекислый газ, спирты, стероидные гормоны.
Не проникают через мембрану: ионы и водные растворы глюкозы и мочевины.

белка проходит через всю толщу мембраны и выступает из нее на наружной и на внутренней поверхности. (поры, ионные каналы, переносчики, насосы, некоторые рецепторные белки).
Периферические — находятся на наружной или внутренней поверхности мембраны. Могут связываться с интегральными белками.(рецепторные белки, ферменты).

наружу, выступают над поверхностью клетки и образуют
углеводную оболочку - гликокаликс.
Функции гликокаликса:
1) углеводные молекулы имеют отрицательный заряд, могут отталкивать другие отрицательно заряженные частицы;
2) гликокаликс соседних клеток скрепляет их друг с другом;
3) углеводные цепочки выполняют роль рецепторов для связывания гормонов
(например инсулина).

механизмом
(открываются и закрываются с помощью ворот).
Ионные каналы могут быть в состоянии
покоя (канал закрыт, но готов к открытию
в ответ на химические, электрические или
механические стимулы),
активации (канал открыт и пропускает ионы) и
инактивации ( канал закрыт и не способен к активации).

потенциалу
на клеточной мембране.

2.Хемо-зависимые (лиганд-управляемые) –ворота открываются при связывании белка с лигандом. Происходит конформационное или химическое изменение в белковой молекуле, что открывает или закрывает ворота.
Пример: Ацетилхолиновый канал.

3.Механо-чувствительные–
ионные каналы открываются при растяжении или деформации мембраны

Механо – активируемые ионные каналы

Стретч – активируемые ионные каналы

осуществляется с помощью белка-переносчика.
Осуществляется транспорт ионов (Na+,Cl-,H+,HCO3), органических веществ (глюкоза, аминокислоты, норадреналин, лактат, пируват)

Простая диффузия-
движение через отверстие в мембране или межмолекулярные пространства.

Активный транспорт - движение молекул против градиента концентрации или против электрохимического градиента осуществляется с затратой энергии

Пассивный транспорт – движение молекул или ионов в обоих направлениях по градиенту концентрации или по электрохимическому градиенту осуществляется без затрат энергии.

Первично-активный
(используется энергия, которая образуется при гидролизе АТФ)
Насосы:
Са2+ -АТФаза, Н+/K+-помпа, Na+/ K+ АТФаза

Вторично-активный
(используется энергия, создаваемая с помощью первично-активного транспорта из-за неодинаковой концентрации ионов по разные стороны мембраны, часто при переносе Na+)
Обменники:

симпорт антипорт

Осмос
движение воды через поры- аквапорины

реакцию с АТФ, отрывает один фосфат-ион, при этом освобождается энергия. Транспортный белок трансформируется и выбрасывает три иона Na+ во внеклеточную среду.
Происходит трансформация белка и присоединение фосфат-иона, транспортер присоединяет два иона К+ с внешней стороны клеточной мембраны.
Транспортер выворачивается и вбрасывает два иона К+ в цитоплазму и отпускает фосфат-ион.

В результате работы Na+/K+-ATФазы получаем:
Концентрационный градиент для Na+ и K+.
Разность потенциалов между сторонами клеточной мембраны. -60-90 мВ
(электрогенный)

кислоты
Na+, К+, и Сl; Na+ и Cl- ; Na+ и НСО3-
Н+ и олигопептидов;
Н+ и иона двухвалентного металла

Na+ / H+ антипорт (защелачивает цитозоль);
3Na+ /Ca2+ ; Na+ / Сl-; 2HCO3- и Na+ / Сl- ;
Cl- / HCO3- ; SO42- / анион-

активного транспорта,
направлена на поддержание важных для функционирования клетки параметров ионного гомеостаза [Na+], [K+], [Ca2+] и других ионов, а также pH ([H+]), воды и других химических соединений.

Ассиметричное распределение ионов во вне и внутриклеточных средах

Различная концентрация ионов по обе стороны клеточной мембраны приводит к трансмембранной разности электрического потенциала (мембранного потенциала).

наружной поверхностью клеточной мембраны в состоянии покоя).
В состоянии покоя поляризация внутренней поверхности клеточной мембраны имеет отрицательную величину, поэтому значение МП покоя отрицательно.

МП
нервных клеток и
кардиомиоцитов от -60 до -90 мВ
скелетного мышечного волокна -90 мВ
гладко мышечных клеток -55 мВ

3. Механизмы формирования биопотенциалов в покое (МПП)

: 0,45

Мембранный потенциал покоя клеточной мембраны.
МП=-60-90 мВ
Определяется
трансмембранными градиентами ионов
проницаемостью мембраны для ионов
активностью Na+/K+-ATФазы

E к = - 75 / -95 мВ

: либо возникают локальные (подпороговые) реакции, либо генерирует потенциал действия (ПД)
Закон «все или ничего». При достижении пороговой силы раздражающего стимула дальнейшее увеличение его интенсивности или продолжительности раздражения не изменяет характеристик ПД.

Локальный ответ – активная реакция клетки на электрический раздражитель, однако состояние ионных каналов и транспорт ионов при этом изменяется незначительно. Его называют местным возбуждением, так как это возбуждение не распространяется по мембранам возбудимых клеток.

Потенциал действия – быстрое колебание МП, возникающее при возбуждение нервных, мышечных, и некоторых других клеток, которое распространяется по мембране. В его основе – изменение ионной проницаемости мембраны.

Рк : PNa : PCl = 1 : 0,04 : 0,45

Рк : PNa : PCl = 1 : 20 : 0,45

покой

ПД

4. Механизмы формирования биопотенциалов при возбуждении (ПД)