Laboratórna pracovná bunková membrána. Fyziologické vlastnosti bunkovej membrány

Vysvetľujúca poznámka.

Navrhovaný výberový predmet obsahuje informácie o bunke – jednotke živej prírody, určený pre študentov špecializovaných tried so záujmom o cytológiu a biochémiu. Navrhovaný výberový predmet podporuje a prehlbuje základné poznatky z biológie. Štúdium výberového predmetu pomôže pri výbere ďalšieho vzdelávania a odbornej činnosti.

Predmet nadväzuje na vedomosti a zručnosti, ktoré študenti získali štúdiom biológie. V priebehu vyučovania sa od študentov očakáva, že získajú skúsenosti s vyhľadávaním informácií o navrhovaných otázkach. Študenti si zdokonaľujú zručnosti pri príprave esejí, správ, správ na vybranú tému a precvičujú si techniku ​​experimentu.

Výberový kurz je koncipovaný na 35 hodín. Program zabezpečuje štúdium teoretickej problematiky, laboratórne práce, semináre.

Účel kurzu. Formovať schopnosť identifikovať, odhaliť, využiť spojenie medzi štruktúrou a funkciou bunky. Upevniť zručnosti potrebné pre prácu v laboratóriu. Zapájať žiakov do samostatnej práce s doplnkovou literatúrou.

Cieľ predmetu: formovanie zručností a schopností komplexného chápania poznatkov z biológie, napomáhanie študentom napĺňať ich záujmy, ktorí majú radi cytológiu a biochémiu.

Hlavná koncepcia kurzu.

1. Integrovaný prístup k štúdiu živých organizmov na rôznych úrovniach organizácie.

2. Pri zvažovaní problematiky bunkovej štruktúry sa hlavná pozornosť venuje formovaniu evolučného myslenia.

Celkový počet hodín je 35 hodín.

Téma I. Bunka: história štúdia. Bunková teória. (3 hodiny)

Úvod do bunkovej cytológie. Úlohy modernej cytológie. Bunka je kompletný systém. História štúdia buniek. Vytvorenie bunkovej teórie. Metódy štúdia buniek. Paralelnosť vo vývoji mikroskopickej technológie a úroveň cytologických štúdií.

Laboratórne práce 1. Mikroskopický prístroj a mikroskopická technika.

Téma II. Bunková chémia (8 hodín).

Chemické prvky bunky. Vlastnosti chemického zloženia živých vecí. Ióny v bunke a tele. Obsah chemických zlúčenín v bunke. Úloha vody v živom systéme.

Organické zlúčeniny. Chémia bielkovín. Proteíny sú koloidy, proteíny sú amfotérne elektrolyty, proteíny sú hydrofilné zlúčeniny. Patologické javy pri nedostatku bielkovín v potravinách.

Keď je metabolizmus nukleoproteínov narušený, vzniká padagra. Podstatou tohto ochorenia je, že veľké množstvo solí kyseliny močovej sa v tele ukladá do chrupavky a iných tkanív. V krvi je obsah kyseliny močovej zvýšený 2 - 3 krát a dokonca 5 krát oproti norme. Tento proces je sprevádzaný bolesťou a deformáciou kĺbov. Ukladanie kyseliny močovej v obličkách je charakterizované znížením jej vylučovania z tela, v dôsledku čoho je hladina kyseliny močovej ešte vyššia stúpajúca.

Laboratórne práce 2. Detekcia bielkovín v biologických objektoch.

Sacharidy sú najrozšírenejšou organickou hmotou na Zemi. Vzťah medzi štruktúrou sacharidov a biologickými funkciami. Patológie v dôsledku narušeného metabolizmu uhľohydrátov v tele.

Normálna hladina cukru v krvi je konštantná. V krvi plodu je to 35 - 115 mg%, u novorodencov - 20 - 30 mg%, u detí - 80 - 120 mg%, u dospelých - 70 - 100 mg%, u starších ľudí - 85 - 110 mg% . Zmeny hladiny cukru v krvi sú charakterizované určitými poruchami metabolizmu uhľohydrátov.

Hyperglykémia je stav tela charakterizovaný zvýšením hladiny cukru v krvi. Príčiny hyperglykémie môžu byť fyziologické (konzumácia veľkého množstva sacharidov, rôzne emočné stavy a pod.) a patologické faktory (diabetes mellitus, chronické ochorenia, nádory mozgu, duševné choroby). Diabetes mellitus je forma poruchy metabolizmu uhľohydrátov.

Laboratórne práce 3. Detekcia sacharidov v biologických objektoch.

Dokážte prítomnosť sacharidov v biologických objektoch – najdôležitejších biologických látkach.

Lipidy. Úloha lipidov pri vzniku určitej autonómie takého biologického systému, akým je bunka.

Laboratórne práce 4. Detekcia lipidov v biologických objektoch.

Nukleové kyseliny. Model Watsona a Cricka.

Laboratórne práce 5. Kvalitatívna reakcia na DNA.

Téma III. Všeobecný plán štruktúry buniek živých organizmov. (10 hodín)

Membránové organely bunky. Nemembránové bunkové organely. Prokaryoty a eukaryoty. Živočíšne a rastlinné eukaryotické bunky.

Laboratórne práce 6. Znaky stavby prokaryotov a eukaryotov.

Membrána. Moderný model štruktúry bunkovej membrány.

Cytoskelet - jeho zložky a funkcie v rôznych typoch buniek.

Endocytóza a funkcia membránových receptorov.

Veľké molekuly biopolymérov sa cez membrány prakticky neprenášajú, ale v dôsledku endocytózy sa môžu dostať dovnútra bunky. Delí sa na fagocytózu a pinocytózu. Tieto procesy sú spojené s intenzívnou aktivitou a pohyblivosťou cytoplazmy.

Perspektívy rozvoja membranológie.

Laboratórne práce 7. Fyziologické vlastnosti bunkovej membrány.

Téma IV. Metabolizmus. (6 hodín).

Zdroje bunkovej energie. Heterotrofy a autotrofy. Mitochondrie sú elektrárne. Schéma syntézy ATP.

Mechanizmus fotosyntézy a chemosyntézy.

Ribozómy. Typy a štruktúry ribozómov u prokaryotov a eukaryotov. Biosyntéza bielkovín. Vysielanie. Regulácia transkripcie a prekladu.

Téma V. Jadrový aparát a reprodukcia buniek (6 hodín).

1. Pojem chromatínu. Jadro eukaryotickej bunky. karyoplazma.

2. Životný cyklus bunky. Reprodukcia buniek. Pojem „kmeňové bunky“. „Teória kmeňových buniek“ je prelomom v modernej biológii a medicíne.

3. Starnutie buniek.

Rakovina je najnebezpečnejšia choroba u ľudí a iných živých bytostí.

Laboratórne práce 8. Mitóza v bunkách koreňov cibule.

Téma VI. Bunková evolúcia. (2 hodiny).

Záverečná konferencia „Primárne štádiá biologickej evolúcie na Zemi“.

Teória evolúcie prokaryotov a eukaryotov.

Tematické plánovanie výberového predmetu „Hádanky živej bunky“.

Téma	číslo
Téma 1. Bunka: História štúdia (3 hodiny) 1. História bunky. Úvod do cytológie. 2. Tvorba bunkovej teórie. Metódy štúdia buniek. 3. L. p. č.1. Mikroskopický prístroj a mikroskopická technika.
Téma 2. Chémia bunky. (8 hodín) 1. Chemické prvky bunky. Úloha vody v živom systéme. 2. Chémia bielkovín. L. R. #2. Dôkaz bielkovín ako biokatalyzátorov (enzýmov) 3. Patologické javy pri nedostatku bielkovín v potravinách. 4. L.r. № 3. Detekcia bielkovín v biologických objektoch. 5. Sacharidy sú najrozšírenejšou organickou hmotou na Zemi. 6.L.R. № 4. Detekcia sacharidov v biologických objektoch. 7. Lipidy. L. R. № 5. Detekcia lipidov v biologických objektoch. 8. N.K. L. R. № 6. Kvalitatívna reakcia na DNA.
Téma 3. (10 hodín). 1. Membrána. Moderný model štruktúry bunkovej membrány. 2. Cytoskelet - jeho zložky a funkcie v rôznych typoch buniek. 3. Membránový transport. 4. Endocytóza a funkcia membránových receptorov. 5 - 6 membránových organel. 7 - 8 Nemembránové bunkové organely. L. r.№7. Vlastnosti štruktúry prokaryotov a eukaryotov 9.L.R. № 8. Fyziologické vlastnosti bunkovej membrány. 10. Seminár.
Téma 4. Metabolizmus (6 hodín). 1. Zdroje energie bunky. Heterotrofy a autotrofy. 2.Schéma syntézy ATP. Mitochondrie sú elektrárne. 3. Mechanizmus fotosyntézy. Chemosyntéza. 5. Biosyntéza bielkovín. Seminár. 6. Seminár.
Téma 5. 1. Pojem chromatínu. Jadro eukaryotickej bunky. karyoplazma. 2. Životný cyklus bunky. Reprodukcia buniek. 3. Teória kmeňových buniek. 4. Starnutie a smrť. 5.L.R. č. 9. Mitóza v bunkách koreňa cibule. 6. Seminár.
Téma 6. Bunková evolúcia (2 hodiny). 1-2. Záverečná konferencia „Primárne štádiá biologickej evolúcie na Zemi“.

Laboratórne práce. Téma. Prístroj svetelných mikroskopov a technika mikroskopie.

Cieľ. Na základe znalosti prístroja svetelného mikroskopu zvládnuť techniku ​​mikroskopovania a prípravu dočasných mikropreparátov. Prečítajte si pravidlá pre návrh laboratórnych prác.

Vybavenie... Mikroskop pre každého študenta. Podložné a krycie sklíčka, pipety, poháre na vodu, vata, pinzeta, nožnice, zápisník, album. Schéma mikroskopického zariadenia a jeho častí.

Pokrok.

Preskúmajte hlavné časti mikroskopu: mechanické, optické a svetelné.

Mechanická časť obsahuje statív, stolík, tubus, revolver, makro- a mikrometrické skrutky.

Optickú časť mikroskopu predstavujú okuláre a objektívy. Okulár (lat. oculus - oko) je umiestnený v hornej časti tubusu a smeruje k oku.

Ide o systém šošoviek uzavretých v puzdre. Podľa čísla na hornej ploche okuláru je možné posúdiť faktor zväčšenia (x 7, x 10, x 15). Okulár možno z tubusu vybrať a podľa potreby vymeniť. Na opačnej strane tubusu je otočný tanier, alebo revolver (lat. rewolvo - otáčam), v ktorom sú tri objímky na šošovky. Šošovka – sústava šošoviek, majú rôzne zväčšenie. Rozlišujte medzi šošovkou s malým zväčšením (x 8), šošovkou s veľkým zväčšením (x 40) a imerznou šošovkou na štúdium malých predmetov (x 90).

Celkové zväčšenie mikroskopu sa rovná zväčšeniu okuláru vynásobenému zväčšením objektívu.

Svetelná časť pozostáva zo zrkadla, kondenzora a membrány.

Kondenzátor je umiestnený medzi zrkadlom a stolíkom. Má dve šošovky. Na pohyb kondenzora slúži skrutka umiestnená pred mikroskopom a makroskopická skrutka. Keď sa kondenzor zníži, osvetlenie sa zníži a keď sa zdvihne, zvýši sa. Zmenou polohy membránových dosiek pomocou špeciálneho gombíka môžete nastaviť osvetlenie.

Cvičenie. Načrtnite mikroskop a označte jeho časti.

Pravidlá pre prácu s mikroskopom.

1. Mikroskop postavte statívom smerom k vám a stolíkom smerom od vás.

2. Dajte šošovku s malým zväčšením do pracovnej polohy.

3. Pozerajte sa cez okulár ľavým okom a otáčajte zrkadlom v rôznych smeroch, kým nebude zorné pole jasne a rovnomerne osvetlené.

4. Umiestnite pripravený preparát na stolík (krycie sklo hore) tak, aby bol objektív v strede otvoru stolíka.

5. Pod vizuálnou kontrolou pomaly spúšťajte tubus pomocou makroskrutky tak, aby bol objektív vo vzdialenosti 2 mm od preparátu.

6. Pozerajte sa cez okulár a pomaly zdvíhajte tubus, kým sa neobjaví obraz objektu.

7. Aby sa pristúpilo k vyšetreniu objektu pri veľkom zväčšení mikroskopu, je potrebné preparát vycentrovať, t.j. umiestnite objekt do stredu zorného poľa.

8. Otáčaním revolvera presuňte objektív s veľkým zväčšením do pracovnej polohy.

9. Tubus pod kontrolou zraku spustite (pozerajte sa nie do okuláru, ale zboku) takmer až kým sa nedotkne preparátu.

10. Pri pohľade cez okulár pomaly zdvíhajte tubus, kým sa nezobrazí obraz.

11.Na jemné zaostrenie použite mikroskopickú skrutku.

12. Pri skicovaní preparátu sa dívajte do okuláru ľavým okom.

Cvičenie. Prepíšte si pravidlá práce s mikroskopom do zošita na laboratórne práce.

Dočasný spôsob prípravy.

1. Vezmite mikroskopické sklíčko, držte ho za bočné okraje a položte ho na stôl.

2. Do stredu pohára umiestnite predmet, napríklad kúsky vaty dlhé 1,5 cm, pomocou pipety naneste na predmet jednu kvapku vody.

3. Na podložné sklíčko mikroskopu nasaďte krycie sklíčko.

4. Zvážte hotový výrobok.

5. Načrtnite do albumu, ako vyzerajú bavlnené vlákna pri malom a veľkom zväčšení.

Mikroskopické vyšetrenie prvokov.

1. Vezmite si vodu z dávneho akvária. Vezmite kvapku spolu s vetvičkou riasy alebo listom žaburinky a pozrite sa cez mikroskop pod malým zväčšením. Zvyčajne sú viditeľné rôzne prvoky: topánky, améby - voľne žijúce a pripojené k riasam (suvoy). Voda môže obsahovať malé červy a kôrovce (cyklopy, dafnie). Pri pohľade na tento liek si môžete precvičiť mierenie mikroskopu na pohybujúce sa objekty. (To znamená, že sa naučte, ako opraviť mikroskop).

Pravidlá projektovania laboratórnych prác.

Nevyhnutným prvkom mikroskopického štúdia objektu je jeho skica v albume; mať album 30x21 cm a ceruzku (obyčajnú a farebnú).

1. Môžete kresliť iba na jednu stranu listu.

2. Pred začatím skicovania si v hornej časti stránky zapíšte názov témy.

3. Výkres by mal byť veľký, detaily sú jasne viditeľné.

4. Výkres by mal správne zobrazovať formuláre; pomer objemu a veľkosti jednotlivých častí a celku.

Najprv musíte nakresliť obrys objektu (veľký), potom vnútri obrysy detailov a potom ich jasne nakresliť.

5. Nakreslite, jasne opakujte všetky čiary objektu. Aby ste to dosiahli, nemusíte odtrhnúť oči od mikroskopu, ale iba prepnúť svoju pozornosť z objektu na kresbu (treba sa to naučiť).

6. Pri každom obrázku je potrebné uviesť označenie dielov. Všetky štítky musia byť navzájom rovnobežné. Šípky sú umiestnené k jednotlivým častiam objektu, oproti každej je napísaný názov. Ak chcete vykonávať laboratórne práce, musíte mať album a notebook na zaznamenávanie textových materiálov a vytváranie diagramov.

Laboratórne práce. Téma. Vlastnosti štruktúry buniek prokaryotov a eukaryotov. Bunky rastlín a živočíchov.

Cieľ. Na základe štúdia buniek baktérií (prokaryotov), ​​rastlín a zvierat (eukaryotov) nájdite hlavné znaky podobnosti v štruktúre baktérií, zvierat a rastlín ako indikátor jednoty organizácie živých foriem.

Vybavenie.

1.Mikroskop.

2. Sklíčka a krycie sklíčka.

3. Pipety, poháre vody, pinzeta, skalpely, jódový nálev, vodný roztok maskary.

4. Fuchsin, metylénová modrá, infúzia mäsa, rýb alebo zeleniny, cibuľový film.

Tabuľka štruktúry bakteriálnych, rastlinných a živočíšnych buniek.

Pokrok.

1. Vopred pripravte infúziu rôznych produktov: mäso, ryby, vaječný bielok.

2. Rozdrvte malé množstvo hmoty a vložte do banky, pridajte kriedu na hrot skalpela. Zalejte 2/3 objemu vodou.

3. Banku s nálevom udržiavame teplú (tmavú) 3 - 5 dní. Počas tejto doby sa v prostredí nahromadí veľa rôznych baktérií.

4. Na podložné sklíčko kvapnite kvapku infúzie. Zvážte liek pomocou šošovky x 40, ale môžete skúsiť x 90. (Dočasný liek sa pripravuje podľa pravidiel uvedených v predchádzajúcej práci).

5.Pridajte kvapku maskary. Na všeobecnom pozadí sú bakteriálne bunky nezafarbené.

6. Nakreslite bakteriálne bunky.

7. Pripravte dočasné prípravky rastlinných a živočíšnych buniek.

Oddeľte mäsité šupiny od kúska cibule. Vo vnútri je tenký film. Odstráňte fóliu, odrežte. Nasaďte na podložné sklíčko, napipetujte roztok jódu, nakvapkajte na film, prikryte krycím sklíčkom. Pohľad pri malom zväčšení. Veľké zaoblené jadrá v bunkách sú sfarbené jódom do žlta.

Preneste na veľké zväčšenie a nájdite bunkovú stenu. V jadre možno vidieť 1-2 jadierka, niekedy je viditeľná zrnitá štruktúra cytoplazmy.

Nezafarbené dutiny v cytoplazme buniek sú vakuoly.

8. Načrtnite niekoľko buniek. Označte: 1) plášť; 2) cytoplazma; 3) jadro; 4) vakuoly (ak sú viditeľné).

Môžete si pripraviť prípravok z listov elodea. Môžete vidieť chloroplasty - zelené plastidy. Jadrá v nezafarbených bunkách nie sú viditeľné.

9. Živočíšne bunky je možné vidieť na hotovom produkte. Skica. Obrázok by mal označovať: 1) škrupinu; 2) cytoplazma; 3) jadro.

10. Vykonajte spoločnú diskusiu.

Aké ustanovenia bunkovej teórie môžu byť potvrdené výsledkami tejto práce?

Laboratórne práce. Téma. Detekcia proteínov v biologických objektoch.

Cieľ. Dokážte prítomnosť bielkovín v biologických objektoch.

Vybavenie.

Stojan na skúmavky, pipeta, vodný kúpeľ, kvapkadlo.

Roztok vaječného bielka, 10% roztok NaOH, 1% síran meďnatý, ninhydrín (0,5% vodný roztok), kyselina dusičná (koncentrovaná).

Biuretová reakcia na stanovenie peptidovej väzby. Metóda je založená na schopnosti peptidovej väzby v alkalickom prostredí vytvárať farebné komplexné zlúčeniny so síranom meďnatým.

Pokrok.

1. Do skúmavky pridajte 5 kvapiek 1% vaječného bielka (proteín sa prefiltruje cez gázu, potom zriedi destilovanou vodou 1:10), tri kvapky 10% roztoku hydroxidu sodného a 1 kvapku 1% roztoku síranu meďnatého a zmiešať.

Obsah skúmavky sa zmení na modrofialový.

Ninhydrínová reakcia. Proteíny, polypeptidy a voľné aminokyseliny dodávajú s ninhydrínom modrú alebo fialovú farbu.

Pokrok.

1.Odoberte 5 kvapiek 10% roztoku vaječného bielka, pridajte 5 kvapiek 0,5% vodného roztoku ninhydrínu a zahrejte.

Po 2-3 minútach sa vytvorí ružové alebo modrofialové sfarbenie.

Xantoproteínová reakcia (grécky xantos - žltá). Pomocou tejto reakcie sa v proteíne nachádzajú cyklické aminokyseliny, ktoré obsahujú benzénové kruhy (tryptofán, tyrozín a iné).

Pokrok.

1,5 kvapky 1% roztoku vaječného bielka, pridajte 3 kvapky koncentrovanej kyseliny dusičnej (opatrne) a zohrejte. Po ochladení pridajte do skúmavky 5-10 kvapiek 10% roztoku hydroxidu sodného, ​​kým sa neobjaví oranžové sfarbenie (súvisí s tvorbou sodnej soli týchto nitrozlúčenín).

Laboratórne práce. Téma. Detekcia sacharidov v biologických objektoch.

Cieľ. Dokážte prítomnosť sacharidov v biologických objektoch.

Vybavenie. Stojan na skúmavky. Pipety, vodný kúpeľ.

1% roztok škrobu, 1% roztok sacharózy, 1% roztok fruktózy, 1% roztok jódu rozpustený v jodide draselnom, naftol rozpustený v 50 mm liehu (pred pitím zriedený 5x vodou), 1% roztok alkoholu, tymol.

Koncentrovaná kyselina sírová, Selivanovovo činidlo: 0,5 g rezorcinolu rozpusteného v 100 ml 20 % kyseliny chlorovodíkovej

Detekcia škrobu.

Pokrok.

1. Do skúmavky pridajte 10 kvapiek 1% roztoku škrobu a jednu kvapku 1% roztoku jódu v jodide draselnom.

Pozoruje sa modrofialové sfarbenie.

Detekcia sacharidov.

Reakciou s naftolom alebo tymolom sa v komplexných zlúčeninách nachádzajú malé množstvá sacharidov alebo sacharidových zložiek.

Pokrok.

1. Do dvoch skúmaviek pridajte 10 kvapiek 1% roztoku sacharózy.

Do jednej pridajte 3 kvapky 1% alkoholového roztoku naftolu. V ďalšej skúmavke - 3 kvapky 1% alkoholového roztoku tymolu. Do oboch (opatrne) nalejte 0,5 ml koncentrovanej kyseliny sírovej a na hranici dvoch kvapalín pozorujte fialové sfarbenie v skúmavke s naftolom a červené v skúmavke s tymolom.

Detekcia fruktózy (Selivanovova reakcia).

Fruktóza po zahriatí s kyselinou chlorovodíkovou a rezorcinolom dáva čerešňovo-červenú farbu.

Pokrok.

1.Nalejte 10 kvapiek Selivanovovho činidla 2 kvapky 1% roztoku fruktózy do skúmavky a jemne zahrejte (objaví sa červené sfarbenie).

Laboratórne práce. Téma. Detekcia lipidov v biologických objektoch.

Cieľ. Dokážte prítomnosť lipidov v biologických objektoch.

Vybavenie.

1. Statív so skúmavkami, vodný kúpeľ, pipeta, sklenené poháre, tyčinky, gáza.

2. Letticin, alkoholový roztok (kurací vaječný žĺtok), cholesterol, 1% roztok chloroformu, koncentrovaná kyselina sírová, acetón.

Detekcia lecitínu.

Lecitín patrí do skupiny fosfolipidov, je súčasťou bunkových membrán. Tvorí väčšinu mozgového tkaniva.

Pokrok.

1.Nalejte 10 kvapiek acetónu do suchej skúmavky; dať do pohára? slepačí vaječný žĺtok.

Za stáleho miešania vareškou pridávame po kvapkách 40 ml horúceho alkoholu.

Keď roztok vychladne, prefiltrujte ho do suchej skúmavky. Filtrát by mal byť číry. Pred použitím je potrebné pripraviť činidlo. Vytvorí sa biela zrazenina.

Detekcia cholesterolu.

Cholesterol je látka podobná tuku, ktorá má pre telo veľký význam. Vstupuje do membrán mnohých orgánov a tkanív, je prekurzorom žlčových kyselín, vitamínu D, pohlavných hormónov, hormónov kôry nadobličiek. Reakcia je založená na jeho schopnosti uvoľňovať vodu a kondenzovať do farebných zlúčenín.

Pokrok.

1. Do suchej skúmavky nalejte 10 kvapiek 1% chloroformového roztoku cholesterolu a (opatrne) nalejte 0,5 ml koncentrovanej kyseliny sírovej pozdĺž steny nádobky. Potriasť (jemne). Objaví sa červeno-oranžové sfarbenie hornej chloroformovej vrstvy.

Laboratórne práce. Téma. Dôkazy o fungovaní bielkovín ako biokatalyzátorov (enzýmov).

Cieľ. Dokázať katalytické pôsobenie bielkovín – enzýmov, preukázať ich vysokú špecifickosť, najvyššiu aktivitu vo fyziologickom prostredí.

Vybavenie. Stojan so skúmavkami, 1 ml pipety, vodný kúpeľ, termostat.

1% roztok škrobu, roztok sacharózy, 1% roztok jódu v jodide draselnom, 5% roztok síranu meďnatého, 10% roztok hydroxidu sodného, ​​2% roztok sacharózy, 0,2% roztok kyseliny chlorovodíkovej.

Pokrok.

1. Enzymatická hydrolýza škrobu.

Slinná amyláza pôsobí ako enzým, ktorý hydrolyzuje škrob na jeho zložky (maltózu, glukózu). Vyhodnotenie výsledkov experimentu sa uskutočňuje pomocou farebných reakcií s jódom Trommerovej reakcie.

Nehydrolyzovaný škrob vytvára modrú škvrnu s jódom a negatívnu Trommerovu reakciu. Produkty hydrolýzy škrobu nereagujú s jódom, ale reagujú pozitívne na Trommerovo činidlo.

1. Nalejte 10 kvapiek 1% roztoku škrobu do dvoch skúmaviek.

2. Do jednej z nich (skúmavka č. 1) pridajte 4 kvapky vody (kontrola).

Do druhej (skúmavka č. 2) pridajte 4 kvapky slinného roztoku, sliny 5x rozrieďte.

3. Zamiešajte a vložte na 15 minút do vodného kúpeľa alebo termostatu. pri 37 stupňoch C.

4. Zo skúmavky odoberte 4 kvapky testovanej látky a pridajte do 2 rôznych skúmaviek.

5. Do jedného pridajte jednu kvapku 1% roztoku jódu v jodide draselnom.

Do druhého pridajte jednu kvapku 5% roztoku síranu meďnatého a 4 kvapky 10% roztoku hydroxidu sodného a jemne zahrejte do varu (Trommerova reakcia).

6. Rovnaký postup vykonáme s obsahom skúmavky č.2. Výsledok by mal ukázať, že v prítomnosti vody nedochádza k hydrolýze škrobu a reakcia s jódom by mala byť pozitívna. Trommerova reakcia je negatívna (oxid meďnatý je modrý). V prítomnosti slinnej amylázy by mali byť výsledky opačné, pretože došlo k hydrolýze škrobu.

Nedošlo k žiadnej reakcii s jódom a pri Trommerovej reakcii sa objavilo tehlovo červené sfarbenie (oxid meďnatý I).

II. Špecifickosť pôsobenia enzýmov.

Každý enzým pôsobí iba na jednu látku alebo skupinu podobných substrátov. Je to spôsobené zhodou štruktúry enzýmu, jeho aktívneho centra a štruktúry substrátu. Napríklad amyláza pôsobí iba na škrob.

Príprava sacharózy.

Rozdrvte 1,100 g droždia a pridajte vodu (400 ml). Po 2 hodinách prefiltrujte a uložte do chladničky.

2. Do dvoch skúmaviek (č. 1 a č. 2) pridajte do každej 10 kvapiek 1% roztoku škrobu.

Do skúmaviek č.3 a č.4 pridajte 10 kvapiek 2% roztoku sacharózy.

3. Do skúmaviek č. 1 a č. 3 pridajte 4 kvapky 5-krát zriedeného roztoku slín.

Do skúmaviek č.2 a č.4 pridajte 4 kvapky sacharózy.

4. Premiešame a necháme v termostate 15 minút pri teplote 37 stupňov. S.

5. Potom s obsahom všetkých štyroch skúmaviek urobte reakcie s jódom a Trommerom

Stanovenie špecifickosti pôsobenia enzýmu

V záveroch je potrebné uviesť, v ktorej skúmavke a za akých podmienok bolo pôsobenie enzýmu zistené a prečo.

III. Vplyv pH média na aktivitu enzýmov.

Pre každý enzým existuje určitá hodnota reakcie prostredia, pri ktorej vykazuje najvyššiu aktivitu. Zmena pH média spôsobuje zníženie alebo úplnú inhibíciu aktivity enzýmu.

1. Pridajte 1 ml destilovanej vody do 8 skúmaviek.

2. Do skúmavky č.1 pridajte 1 ml 0,2% roztoku kyseliny chlorovodíkovej. Zmiešať.

3. Zo skúmavky č. 1 odoberte 1 ml zmesi a preneste do skúmavky č. 2. Premiešajte, vylejte 1 ml a preneste do skúmavky č. 3 atď.

4. Zo skúmavky č. 8 odoberte 1 ml a zlikvidujte. Dostávame rôzne pH prostredia.

4. Do každej skúmavky pridajte 2 ml 1% roztoku škrobu a 1 ml roztoku slín zriedeného v pomere 1:10.

5. Skúmavky pretrepte a vložte do termostatu na 15 minút pri teplote 37 stupňov. S.

6. Ochlaďte a pridajte jednu kvapku 1 % roztoku jódu v jodide draselnom do všetkých skúmaviek.

K úplnej hydrolýze dôjde v skúmavkách č.5 a č.6, kde pH média roztoku je v rozmedzí 6,8 - 7,2, t.j. optimálne pre pôsobenie amylázy.

Laboratórne práce. Téma. Izolácia deoxynukleoproteínu z tkaniva sleziny (pečene). Kvalitatívna reakcia DNA.

Cieľ. Dokážte, že veľké množstvo nukleových kyselín je obsiahnuté vo forme zlúčeniny s proteínmi (deoxynukleoproteín - DNP), v tkanivách bohatých na jadrá (slezina, týmus).

Vybavenie. Stojan so skúmavkami, trecia miska a palička, sklenený prášok, pipeta, kryštalizátor, 50 ml a 300 ml odmerné valce, 1 ml pipety, vrúbkované drevené tyčinky, vodný kúpeľ, filtračná gáza, chlorid sodný, 5 % roztok s obsahom 0,04 % trisubstituovaného sodíka dusičnan, 0,4% roztok hydroxidu sodného, ​​difenylamínové činidlo (1 g difenylamínu rozpustite v 100 ml ľadovej kyseliny octovej. Do roztoku pridajte 2,75 ml koncentrovanej kyseliny)., slezina (čerstvá pečeň alebo mrazené RNA kvasinky, čerstvo pripravený 0,1% roztok .

Pokrok.

1. Izolácia deoxynukleoproteínu (DNP) z tkaniva sleziny (pečene).

Metóda je založená na schopnosti DNP rozpúšťať sa v soľných roztokoch s vysokou iónovou silou a vyzrážať sa, keď ich koncentrácia klesá.

2 - 3 g tkaniva sleziny dôkladne rozdrvte v mažiari so skleneným práškom, postupne pridajte 35 - 40 ml roztoku chloridu sodného.

Výsledný viskózny roztok prefiltrujte cez dve vrstvy gázy do kryštalizátora. Pomocou valca odmerajte šesťnásobok (vo vzťahu k filtrátu) objemu destilovanej vody a pomaly nalejte do filtrátu.

Vytvorené nite DNP opatrne namotajte na drevenú paličku, preneste do skúmavky na použitie.

2. Kvalitatívna reakcia na DNA.

Metóda je založená na schopnosti deoxyribózy, ktorá je obsiahnutá v DNA deoxyribonukleoproteínu, vytvárať modré zlúčeniny s difenylamínom pri zahrievaní v médiu obsahujúcom zmes ľadovej kyseliny octovej a koncentrovanej kyseliny sírovej.

S ribózovou RNA podobná reakcia dáva zelené sfarbenie.

Pridajte 1 ml 0,4 % roztoku hydroxidu sodného do 1/4 sedimentu DNP (do rozpustenia). Pridajte 0,5 % ml difenylamínového činidla. Obsah skúmavky premiešajte a vložte do vriaceho vodného kúpeľa (15 - 20 minút).

Vykonajte podobnú reakciu v inej skúmavke s 1 ml roztoku RNA.

Všimnite si charakteristické sfarbenie.

Laboratórne práce. Téma. Fyziologické vlastnosti bunkovej membrány.

Cieľ. Ukážte, že bunková membrána je selektívne priepustná. Vizuálne ukážte úlohu membrány v procese fagocytózy a pinocytózy, ako aj oboznámte sa s bunkovou plazmolýzou - procesom oddeľovania protoplastu (bunkového obsahu) od bunkových stien.

Vybavenie.

Mikroskopy, krycie sklíčka a sklíčka, skalpely, pitevné ihly, filtračný papier, pipety, atrament.

Kultivácia nálevníkov alebo tkanivová kultúra na živnom médiu, kultúra améb, kúsky rastliny elodea.

Roztoky chloridu draselného, ​​chlorid vápenatý, roztoky chloridu horečnatého, 2% roztok albumínu, 10% roztok chloridu sodného, ​​destilovaná voda.

Pokrok.

1. Do slabého roztoku chloridu sodného alebo draselného umiestnite nálevníky alebo kúsky kultivovaného tkaniva.

2. Pripravte si prípravok pre mikroskop.

3. Je možné pozorovať zmršťovanie buniek, čo naznačuje priepustnosť bunkovej membrány. V tomto prípade sa voda z bunky uvoľňuje do okolia.

4. Bunky preneste do kvapky destilovanej vody alebo odsajte roztok spod krycieho skla pomocou filtračného papiera a nahraďte ho destilovanou vodou. Pozorujte, ako bunky napučiavajú, keď sa do nich dostane voda.

5. Návaly alebo kúsky kultivovaného tkaniva vložte do roztoku chloridu vápenatého alebo chloridu horečnatého s nízkou koncentráciou.

Ciliates a kultivované bunky naďalej žijú. Ióny vápnika a horčíka znižujú priepustnosť bunkovej membrány. Pohyb vody cez škrupinu nenastáva.

6. Vložte améby do kvapky 2% roztoku albumínu (bielko z kuracieho vajca).

Pripravte si prípravok na mikroskop. Po chvíli sa na povrchu améb vytvárajú bubliny, výčnelky, tubuly. Zdá sa, že povrch améby „vrie“. To je sprevádzané intenzívnym pohybom tekutiny na povrchu membrány.

Tekuté bubliny sú obklopené cytoplazmatickými výbežkami, ktoré sa potom uzavrú. Pinocytické vezikuly sa niekedy objavia náhle. To naznačuje, že kvapôčky kvapaliny spolu s látkou v nej rozpustnou sa rýchlo zachytávajú. Pinocytózu spôsobujú látky, ktoré znižujú povrchové napätie bunkovej membrány. Napríklad aminokyseliny, niektoré soli.

7. Do kvapky tekutiny obsahujúcej amébu pridajte trochu maskary. Pripravte liek. Po chvíli sa améby začnú pomaly pohybovať smerom k zrnám jatočného tela a uvoľňujú pseudopódie (pseudopódy).

Zrná jatočného tela sú pripevnené k povrchu pseudopódií, obklopené nimi a po chvíli sú ponorené do cytoplazmy.

Pod mikroskopom sa pozoruje fenomén fagocytózy v amébe.

Primárne požiadavky.

Študenti by mali vedieť:

1.prístroj mikroskopu a práca s ním;

2. postavenie bunkovej teórie;

3. podobnosť a rozdiel medzi rastlinnými a živočíšnymi bunkami;

4. úloha chemikálií a zlúčenín v bunke;

5. hlavné zložky a organely bunky;

6.vlastnosti prokaryotov a eukaryotov;

7. patológia metabolizmu bielkovín, sacharidov;

8. Hodnota jednotlivých minerálnych prvkov.

Študenti by mali byť schopní:

1. práca s mikroskopom;

2. pomenovať hlavné časti bunky, „rozpoznať“ ich na schéme, fotografii;

3. robiť čo najjednoduchšie prípravky na mikroskopické vyšetrenie;

4. správne formulovať laboratórne práce;

5. samostatne pracovať s doplnkovou literatúrou a využívať moderné technológie.

Literatúra pre učiteľa.

1. Welsh U., Storch F. Úvod do cytológie. Preklad z nej. M. Mir, 1986

2.Zavarzin A.A. iné. Bunková biológia. - vyd. SPbSU, 1992

3. Swenson K., Webster P. - M. Mir, 1982

4. Lamb M. Biológia starnutia - M. Mir, 1980

5.Markosyan A.A. Fyziológia - M. Medicína, 1968

6.Liberman E.A. Živá bunka. M. Mir, 1985

7.MV Ermolaev Biologická chémia. Moskva "Medicína", 1984

8. Všeobecná biológia. A.O. Ruvinskij Moskva "Vzdelávanie", 1993

Literatúra pre študentov.

1. Green N., Stout W., Taylor D. Biology.

2. De Duve K. Cesta do sveta živej bunky. M. Mir, 1982

3.Liberman E.A. Živá bunka. M. Mir, 1987

4. Camp P., Arms K. Úvod do biológie.

Hlavné hľadisko pri štúdiu predmetu by malo byť zamerané na aktívnu prácu študentov v triede formou dialógu učiteľ – študent, aktívna diskusia formou študent – ​​študent, študent – ​​učiteľ.

1. Bunkové membrány, ich typy. Vlastnosti membrány. Funkcie membrán.

Morfologické a fyziologické štúdie ukázali, že bunková membrána hrá dôležitú úlohu vo fungovaní bunky.

Membránové štruktúry: jadro, Golgiho komplex, EPS atď.

Membrána je tenká štruktúra s hrúbkou 7 nm. Podľa chemického zloženia membrána obsahuje 25 % bielkovín, 25 % fosfolipidov, 13 % cholesterolu, 4 % lipidov, 3 % sacharidov.

Štrukturálne základom membrány je dvojitá vrstva fosfolipidov. Charakteristickým znakom fosfolipidových molekúl je, že majú vo svojom zložení hydrofilné a hydrofóbne časti. Hydrofilné časti obsahujú polárne skupiny (fosfátové skupiny vo fosfolipidoch a hydroxidové skupiny v cholesterole). Hydrofilné časti smerujúce k povrchu. A hydrofóbne (tukové chvosty) smerujú do stredu membrány.

Molekula má dva mastné konce a tieto uhľovodíkové reťazce môžu byť v dvoch konfiguráciách. Predĺžená - trans konfigurácia(valec 0,48 nm). Druhým typom je konfigurácia gauche-trans-gauche. V tomto prípade sa dva tukové chvosty rozchádzajú a oblasť sa zväčší na 0,58 nm.

Molekuly lipidov majú za normálnych podmienok tekutú kryštalickú formu. A v tomto stave majú mobilitu. Navyše sa môžu vo svojej vrstve pohybovať a prevracať. S poklesom teploty nastáva prechod z kvapalného stavu membrány do rôsolovitého stavu a tým sa znižuje pohyblivosť molekuly.

Pri pohybe molekuly lipidu vznikajú mikroprúžky, ktoré sa nazývajú králi, do ktorých sa môžu zachytávať látky. Lipidová vrstva v membráne je bariérou pre látky rozpustné vo vode, ale umožňuje prechod látok rozpustných v tukoch.

Okrem lipidov membrána obsahuje aj molekuly bielkovín. Ide najmä o glykoproteíny.

Integrálne proteíny prechádzajú oboma vrstvami... Iné proteíny sú čiastočne ponorené buď do vonkajšej alebo vnútornej vrstvy. Nazývajú sa periférne proteíny..

Tento membránový model je tzv model tekutých kryštálov... Funkčne molekuly proteínov vykonávajú štrukturálne, transportné a enzymatické funkcie. Okrem toho vytvárajú iónové kanály s priemerom 0,35 až 0,8 nm v priemere, cez ktoré môžu prechádzať ióny. Kanály majú svoju vlastnú špecializáciu. Integrálne proteíny sa podieľajú na aktívnom transporte a uľahčenej difúzii.

Periférne proteíny na vnútornej strane membrány sa vyznačujú enzymatickou funkciou. Na vnútornej strane - antigénne (protilátky) a receptorové funkcie.

Uhlíkové reťaze sa môžu pripojiť k proteínovým molekulám a potom sa tvoria glykoproteíny... Alebo lipidy, potom sa nazývajú glykolipidy.

Hlavné funkcie bunkové membrány budú:

1. Bariérová funkcia

2. Pasívny a aktívny prenos látok.

3. Metabolická funkcia (v dôsledku prítomnosti enzýmových systémov v nich)

4. Membrány sa podieľajú na vytváraní elektrických potenciálov v stave pokoja a pri vzrušení - akčných prúdov.

5. Funkcia receptora.

6. Imunologické (spojené s prítomnosťou antigénov a tvorbou protilátok).

7. Zabezpečte medzibunkovú interakciu a kontaktnú inhibíciu.

Keď sa homogénne bunky dostanú do kontaktu, bunkové delenie je inhibované. Táto funkcia sa v rakovinových bunkách stráca. Okrem toho rakovinové bunky prichádzajú do kontaktu nielen so svojimi, ale aj s inými bunkami a infikujú ich.

Funkcia priepustnosti membrány. Doprava.

Transport látok cez membrány môže byť pasívny a aktívny.

Pasívny prevod látky cez membrány prechádzajú bez spotreby energie v prítomnosti gradientov (rozdiel v koncentrácii látok, rozdiel v elektrochemickom gradiente, v prítomnosti tlakového gradientu a osmotického gradientu). V tomto prípade sa pasívna preprava vykonáva pomocou:

Difúzia.

Filtrácia. Vykonáva sa za prítomnosti rozdielu hydrostatického tlaku.

Osmóza. Počas osmózy dochádza k pohybu rozpúšťadla. To znamená, že voda z čistého roztoku prejde do roztoku s vyššou koncentráciou.

Vo všetkých týchto prípadoch nedochádza k spotrebe energie... Látky prechádzajú cez póry v membráne.

V membráne sú póry s pomalou vodivosťou, ale takýchto pórov v membráne nie je veľa. Väčšina kanálov v membráne má vo svojej štruktúre tiež hradlový mechanizmus, ktorý kanál uzatvára. Tieto kanály možno ovládať dvoma spôsobmi: reagovať na zmenu náboja (elektrobuditeľné alebo napäťovo riadené kanály). V inom prípade sa brána v kanáli otvorí, keď sa pripojí chemikália (chemicky excitovateľná alebo závislá od ligandu).

Aktívny prevod látok cez membránu je spojený s prenosom látok proti gradientu.

Pre aktívny transport sa používajú integrálne proteíny, ktoré majú enzymatické funkcie. ATP sa používa ako energia. Integrálne proteíny majú špeciálne mechanizmy (proteín), ktoré sa aktivujú buď zvýšením koncentrácie látky mimo bunky, alebo znížením vo vnútri.

Pokojové prúdy.

Membránový potenciál. Na vonkajšej strane je membrána nabitá kladne a zvnútra záporne. 70-80 mV.

Poruchový prúd je rozdiel v náboji medzi nepoškodeným a poškodeným... Poškodený je negatívne nabitý, relatívne neporušený.

Metabolický prúd je rozdiel v potenciáloch v dôsledku nerovnakej intenzity metabolických procesov.

Pôvod membránového potenciálu sa vysvetľuje z hľadiska membránová iónová teória, ktorý zohľadňuje nerovnakú priepustnosť membrány pre ióny a rozdielne zloženie iónov vo vnútrobunkovej a medzibunkovej tekutine. Zistilo sa, že vnútrobunková aj medzibunková tekutina má rovnaké množstvo kladných a záporných iónov, ale zloženie je odlišné. Vonkajšia kvapalina: Na +, Cl - Vnútorná kvapalina: K +, A - (organické anióny)

V pokoji je membrána priepustná pre ióny rôznymi spôsobmi. Najvyššiu priepustnosť má draslík, po ňom nasleduje sodík a chlór. Membrány sú nepriepustné pre organické anióny.

Vďaka zvýšenej priepustnosti pre ióny draslíka opúšťajú bunku. V dôsledku toho sa org hromadia vo vnútri. anióny. V dôsledku toho vzniká potenciálny rozdiel (potenciál difúzie draslíka), ktorý trvá tak dlho, kým môže zhasnúť.

Vypočítaný potenciál draslíka je -90 mV. A praktický potenciál je -70 mV. To naznačuje, že pri budovaní kapacít sa podieľa ďalší ión.

Aby bunka obmedzila potenciál v membráne, musí pracovať, pretože pohyb iónov draslíka z bunky a sodíkových iónov do bunky by viedol k narušeniu rovnosti znamienka. Membrány sú polarizované. Vonku bude náboj kladný a vonku záporný.

Stav elektrického náboja membrány.

Spätný alebo prekmit - zmeňte znamienko nabíjania. Návrat k pôvodnému náboju - repolarizácia.

Budiace prúdy.

Keď na membránu pôsobí dráždidlo, dochádza ku krátkodobému vzrušeniu. Proces excitácie je lokálny a šíri sa pozdĺž membrány a potom sa depolarizuje. Pri pohybe vzruchu sa depolarizuje nový úsek membrány atď. Akčný prúd je dvojfázový prúd.

V každej fáze akčného prúdu možno rozlíšiť lokálnu odozvu, ktorá je nahradená maximálnym potenciálom a negatívny a pozitívny stopový potenciál nasleduje po vrcholovom potenciáli. Vyskytuje sa pôsobením dráždidla. Na vysvetlenie aktuálnej činnosti bolo navrhnuté membránovo-monická teória(Hodge, Huxley, Katz). Ukázali to akčný potenciál je väčší ako pokojový potenciál... Keď na membránu pôsobí dráždivá látka, náboj sa presunie na membránu (čiastočná depolarizácia) a to spôsobí otvorenie sodíkových kanálov. Sodík preniká do bunky, postupne znižuje náboj na membráne, ale akčný potenciál nevzniká žiadnym pôsobením, ale až pri kritickej hodnote (zmena o 20-30 mV) - kritická depolarizácia. V tomto prípade sa otvoria takmer všetky sodíkové kanály a v tomto prípade sa sodík začne lavínovite valiť do bunky. Dochádza k úplnej depolarizácii. Proces sa tam nezastaví, ale pokračuje v vstupe do bunky a nabíja sa až do +40. Na vrchole maximálneho potenciálu sa brána h zatvára. Pri tejto hodnote potenciálu v membráne sa otvorí draslíková brána. A keďže Ka + je vo vnútri väčšie, potom Ka + začne bunku opúšťať a náboj sa začne vracať na pôvodnú hodnotu. Najprv to ide rýchlo a potom sa spomalí. Tento jav sa nazýva negatívny chvostový potenciál. Potom sa náboj obnoví na pôvodnú hodnotu a potom sa zaznamená pozitívny stopový potenciál, ktorý sa vyznačuje zvýšenou priepustnosťou pre draslík. Vzniká stav membránovej hyperpolarizácie (pozitívny stopový potenciál), pohyb iónov je pasívny. Pri jednej excitácii sa do bunky dostane 20 000 iónov sodíka a z bunky 20 000 iónov draslíka.

Na obnovenie koncentrácie je potrebný čerpací mechanizmus. Privádzajú sa 3 kladné ióny sodíka a 2 draselné ióny vychádzajú aktívnym transportom.

Vzrušivosť membrány sa mení, a tým aj akčný potenciál. Počas lokálnej odozvy dochádza k postupnému zvyšovaniu vzrušenia. Počas maximálnej odozvy vzrušenie zmizne.

Pri negatívnom stopovom potenciáli sa excitabilita opäť zvýši, pretože membrána je opäť čiastočne depolarizovaná. Vo fáze pozitívneho svetelného potenciálu dochádza k poklesu excitability. Za týchto podmienok sa excitabilita znižuje.

Rýchlosť excitačného procesu - labilita. Mierou lability je počet excitácií za jednotku času... Nervové vlákna reprodukujú 500 až 1000 impulzov za sekundu. Rôzne tkaniny majú rôznu labilitu.

2. Receptory, ich klasifikácia: podľa lokalizácie (membránové, jadrové), mechanizmu vývoja procesov (iono- a metabotropné), podľa rýchlosti príjmu signálu (rýchle, pomalé), podľa typu vnímajúcich látok.

Prijímanie signálu od primárnych poslov bunkou zabezpečujú špeciálne receptorové proteíny, pre ktoré sú primárni poslovia ligandy. Na zabezpečenie funkcie receptora musia proteínové molekuly spĺňať niekoľko požiadaviek:

• majú vysokú selektivitu pre ligand;
• kinetika väzby ligandu by mala byť opísaná krivkou so saturáciou zodpovedajúcou stavu plného využitia všetkých receptorových molekúl, ktorých počet na membráne je obmedzený;
• receptory by mali mať tkanivovú špecifickosť, ktorá odráža prítomnosť alebo neprítomnosť týchto funkcií v bunkách cieľového orgánu;
• väzba ligandu a jej bunkový (fyziologický) účinok by mali byť reverzibilné, parametre afinity by mali zodpovedať fyziologickým koncentráciám ligandu.

Bunkové receptory sú rozdelené do nasledujúcich tried:

• membrána
• receptorové tyrozínkinázy
• Receptory spojené s G-proteínom
• iónové kanály
• cytoplazmatický
• jadrové

Membránové receptory rozpoznávajú veľké (napríklad inzulín) alebo hydrofilné (napríklad adrenalín) signálne molekuly, ktoré nemôžu nezávisle vstúpiť do bunky. Malé hydrofóbne signálne molekuly (napríklad trijódtyronín, steroidné hormóny, CO, NO) môžu difundovať do bunky. Receptory pre takéto hormóny sú zvyčajne rozpustné cytoplazmatické alebo jadrové proteíny. Po naviazaní ligandu na receptor sa informácia o tejto udalosti prenáša ďalej po reťazci a vedie k vytvoreniu primárnych a sekundárnych bunkových odpovedí.

Dve hlavné triedy membránových receptorov sú metabotropné receptory a ionotropné receptory.

Ionotropné receptory sú membránové kanály, ktoré sa otvárajú alebo zatvárajú väzbou ligandu. Výsledné iónové prúdy spôsobujú zmeny v transmembránovom potenciálnom rozdiele a v dôsledku toho aj excitabilitu bunky a tiež menia intracelulárne koncentrácie iónov, čo môže viesť k sekundárnej aktivácii intracelulárnych messengerových systémov. Jedným z najviac preštudovaných ionotropných receptorov je n-cholinergný receptor.

Štruktúra G-proteínu pozostávajúca z troch typov jednotiek (heterotrimérne) - αt / αi (modrá), β (červená) a γ (zelená)

Metabotropné receptory sú spojené s intracelulárnymi messengerovými systémami. Zmeny ich konformácie po väzbe na ligand vedú k spusteniu kaskády biochemických reakcií a v konečnom dôsledku k zmene funkčného stavu bunky. Hlavné typy membránových receptorov:

Receptory spojené s heterotrimérnymi G-proteínmi (napr. vazopresínový receptor).

Receptory s vlastnou tyrozínkinázovou aktivitou (napr. receptor inzulínu alebo receptor epidermálneho rastového faktora).

Receptory spojené s G-proteínmi sú transmembránové proteíny so 7 transmembránovými doménami, extracelulárnym N-koncom a intracelulárnym C-koncom. Väzbové miesto ligandu sa nachádza na extracelulárnych slučkách, väzbová doména G proteínu je blízko C-konca v cytoplazme.

Aktivácia receptora spôsobí, že sa jeho α-podjednotka oddelí od komplexu βγ-podjednotky a tým sa aktivuje. Potom buď aktivuje, alebo naopak deaktivuje enzým, ktorý produkuje sekundárnych poslov.

Receptory s tyrozínkinázovou aktivitou fosforylujú následné intracelulárne proteíny, často aj proteínkinázy, a tak prenášajú signál do bunky. Štrukturálne ide o transmembránové proteíny s jednou membránovou doménou. Spravidla ide o homodiméry, ktorých podjednotky sú spojené disulfidovými mostíkmi.

3. Ionotropné receptory, metabotropné receptory a ich odrody. Systémy sekundárnych mediátorov metabotropných receptorov (cAMP, cGMP, inozitol-3-fosfát, diacylglycerol, ióny Ca++).

Receptory pre neurotransmitery sú umiestnené na membránach neurónov alebo cieľových buniek (svalové alebo glandulárne bunky). Ich lokalizácia môže byť na postsynaptických a presynaptických membránach. Na presynaptických membránach sa často nachádzajú takzvané autoreceptory, ktoré regulujú uvoľňovanie toho istého neurotransmiteru z presynaptického zakončenia. Ale existujú aj heteroautoreceptory, ktoré tiež regulujú uvoľňovanie mediátora, ale v týchto receptoroch je uvoľňovanie jedného mediátora regulované iným mediátorom alebo neuromodulátorom.

Väčšina receptorov sú membránovo viazané oligomérne proteíny, ktoré viažu ligand (neurotransmiter) s vysokou afinitou a vysokou selektivitou. V dôsledku tejto interakcie sa spustí kaskáda vnútrobunkových zmien. Receptory sú charakterizované ligandovou afinitou, množstvom, saturáciou a disociačnou kapacitou komplexu receptor-ligand. Niektoré receptory majú izoformy, ktoré sa líšia svojou afinitou k určitým ligandom. Tieto izoformy možno nájsť v rovnakom tkanive.

Ligandy sú látky, ktoré selektívne interagujú s daným receptorom. Ak farmakologická látka aktivuje daný receptor, je preňho agonistom a ak znižuje jeho aktivitu, tak antagonistom.

Väzba ligandu na receptor vedie k zmene konformácie receptora, v dôsledku čoho sa buď otvoria iónové kanály, alebo sa spustí kaskáda reakcií, ktoré vedú k metabolickým zmenám.

Existujú ionotropné a metabotropné receptory.

Ionotropné receptory. V dôsledku tvorby postsynaptického potenciálu sa príslušný iónový kanál otvorí buď okamžite po pôsobení mediátora, alebo prostredníctvom aktivácie G-proteínu. V tomto prípade receptor buď sám tvorí iónový kanál, alebo je s ním spojený. Po pripojení ligandu a aktivácii receptora sa kanál otvorí pre zodpovedajúci ión. V dôsledku toho sa na membráne vytvára postsynaptický potenciál. Ionotropné receptory sú cestou pre rýchly prenos signálu a tvorbu PSP bez zmeny metabolických procesov v bunke.

Metabotropné receptory. Ide o zložitejšiu cestu prenosu signálu. V tomto prípade sa po naviazaní ligandu na receptor aktivuje fosforylačno-defosforylačná kaskáda. To sa uskutočňuje buď priamo alebo prostredníctvom sekundárnych mediátorov, napríklad prostredníctvom tyrozínkinázy, alebo prostredníctvom cAMP alebo cGMP, alebo inozitoltrifosfátu alebo diacylglycerolu, alebo zvýšením intracelulárneho vápnika, čo vedie k aktivácii proteínkináz. Fosforylácia najčastejšie zahŕňa aktiváciu cAMP-dependentnej alebo diacylglycerol-dependentnej proteínkinázy. Tieto účinky sa vyvíjajú pomalšie a trvajú dlhšie.

Afinita receptora k príslušnému neurotransmiteru sa môže meniť rovnakým spôsobom ako u hormónov, napríklad v dôsledku alosterických zmien v receptore alebo iných mechanizmov. Preto sú receptory teraz označené ako mobilné a ľahko meniteľné štruktúry. Ako súčasť membrány môžu receptorové proteíny interagovať s inými membránovými proteínmi (tzv. internalizácia receptora). Neuromodulátory, podobne ako neurotransmitery, môžu ovplyvniť počet a citlivosť receptorov. Dlhodobá prítomnosť veľkého množstva neurotransmiteru alebo neuromodulátora môže znížiť ich citlivosť (down-regulácia) a nedostatok ligandov môže zvýšiť ich citlivosť (up-regulácia).

4. Iónové kanály, ich štruktúra. Klasifikácia iónových kanálov. Sodíkové a draslíkové kanály.

Štruktúra a funkcia iónových kanálov. Ióny Na +, K +, Ca 2+, Cl - prenikajú do bunky a vychádzajú cez špeciálne kanály naplnené kvapalinou. Veľkosť kanálov je pomerne malá (priemer 0,5-0,7 nm). Výpočty ukazujú, že celková plocha kanála zaberá nevýznamnú časť povrchu bunkovej membrány.

Funkcia iónových kanálov sa študuje rôznymi spôsobmi. Najbežnejšia je metóda napäťovej svorky (obr. 2.2). Podstata metódy spočíva v tom, že pomocou špeciálnych elektronických systémov sa počas experimentu membránový potenciál mení a fixuje na určitej úrovni. V tomto prípade sa meria hodnota iónového prúdu pretekajúceho membránou. Ak je potenciálny rozdiel konštantný, potom je v súlade s Ohmovým zákonom aktuálna hodnota úmerná vodivosti iónových kanálov. V reakcii na postupnú depolarizáciu sa otvárajú určité kanály, zodpovedajúce ióny vstupujú do bunky pozdĺž elektrochemického gradientu, to znamená, že vzniká iónový prúd, ktorý depolarizuje bunku. Táto zmena je zaregistrovaná pomocou riadiaceho zosilňovača a cez membránu prechádza elektrický prúd rovnakej veľkosti, ale opačného smeru ako membránový iónový prúd. V tomto prípade sa transmembránový potenciálny rozdiel nemení. Kombinované použitie metódy potenciálnej svorky a špecifických blokátorov iónových kanálov viedlo k otvoreniu rôznych typov iónových kanálov v bunkovej membráne.

V súčasnosti bolo vytvorených mnoho typov kanálov pre rôzne ióny (tabuľka 2.1). Niektoré z nich sú veľmi špecifické, druhé, okrem hlavného iónu, môžu prechádzať aj inými iónmi.

Štúdium funkcie jednotlivých kanálov je možné metódou lokálnej potenciálovej fixácie "path-clamp"; ryža. 2,3, A). Sklenená mikroelektróda (mikropipeta) sa naplní fyziologickým roztokom, pritlačí sa na povrch membrány a vytvorí sa mierne vákuum. V tomto prípade je časť membrány nasávaná do mikroelektródy. Ak sa v nasávacej zóne objaví iónový kanál, zaznamená sa aktivita jedného kanála. Systém stimulácie a registrácie aktivity kanála sa len málo líši od systému fixácie napätia.

Tabuľka 2.1. Najdôležitejšie iónové kanály a iónové prúdy excitabilných buniek

Typ kanála	Funkcia		Blokovanie kanálov
draslík (samotný)	Odpočinková potenciálna generácia	I K + (únik)
Sodík	Generovanie akčného potenciálu
Vápnik	Pomalá generácia potenciálu		D-600, verapamil
Draslík (oneskorená náprava)	Zabezpečenie repolarizácie	I K + (oneskorenie)
Draslík aktivovaný vápnikom	Obmedzenie depolarizácie vplyvom Ca 2+ prúdu

Poznámka. TEA - tetraetylamónium; TTX - tetrodotoxín.

Vonkajšia časť kanála je relatívne prístupná na štúdium, štúdium vnútornej časti predstavuje značné ťažkosti. P. G. Kostyuk vyvinul metódu intracelulárnej dialýzy, ktorá umožňuje študovať funkciu vstupných a výstupných štruktúr iónových kanálov bez použitia mikroelektród. Ukázalo sa, že časť iónového kanála otvorená do extracelulárneho priestoru sa svojimi funkčnými vlastnosťami líši od časti kanála smerujúcej do vnútrobunkového prostredia.

Sú to iónové kanály, ktoré poskytujú dve dôležité vlastnosti membrány: selektivitu a vodivosť.

Selektivita, alebo selektivita, kanál je zabezpečený jeho špeciálnou proteínovou štruktúrou. Väčšina kanálov je riadená elektricky, t.j. ich schopnosť viesť ióny závisí od hodnoty membránového potenciálu. Kanál je heterogénny vo svojich funkčných charakteristikách, najmä pre proteínové štruktúry umiestnené na vstupe do kanála a na jeho výstupe (tzv. hradlové mechanizmy).

5. Koncept excitability. Parametre excitability nervovosvalového systému: prah podráždenia (reobáza), užitočný čas (chronaxia). Závislosť sily podráždenia od času jeho pôsobenia (Goorweg-Weissova krivka). Žiaruvzdornosť.

Vzrušivosť- schopnosť bunky reagovať na stimuláciu tvorbou AP a špecifickou reakciou.

1) fáza lokálnej odpovede - čiastočná depolarizácia membrány (vstup Na + do bunky). Ak použijete malú dráždivú látku, potom je odpoveď silnejšia.

Lokálna depolarizácia je fázou exaltácie.

2) fáza absolútnej refraktérnosti - vlastnosť excitabilných tkanív nevytvárať PD pre žiadny stimul akejkoľvek sily

3) fáza relatívnej žiaruvzdornosti.

4) fáza pomalej repolarizácie – podráždenie – opäť silná odozva

5) fáza hyperpolarizácie - menšia excitabilita (subnormálna), stimul by mal byť veľký.

Funkčná labilita- posúdenie excitability tkaniva prostredníctvom maximálneho možného počtu AP za jednotku času.

Zákony excitácie:

1) zákon sily - sila podnetu musí byť prahová alebo nadprahová (minimálna hodnota sily, ktorá vyvoláva vzrušenie). Čím silnejší podnet, tým silnejší je vzruch – len pre tkanivové asociácie (nervový kmeň, sval, s výnimkou SMC).

2) zákon času – na vznik vzrušenia by mal stačiť dlho pôsobiaci podnet.

Vzťah medzi silou a časom je nepriamo úmerný medzi minimálnym časom a minimálnou silou. Minimálna sila – reobáza – je sila, ktorá spôsobuje vzrušenie a nezávisí od trvania. Minimálny čas je dobrý čas. Chronaxia je excitabilita konkrétneho tkaniva, čas, v ktorom dochádza k vzrušeniu, sa rovná dvom reobázam.

Čím väčšia sila, tým väčšia odozva na určitú hodnotu.

Faktory, ktoré vytvárajú MSP:

1) rozdiel v koncentrácii sodíka a draslíka

2) rozdielna priepustnosť pre sodík a draslík

3) práca Na-K pumpy (3 Na + sa odstráni, 2 K + sa vráti).

Vzťah medzi silou stimulu a trvaním jeho dopadu, nutný pre vznik minimálnej odozvy živej štruktúry, možno veľmi dobre sledovať na takzvanej krivke sily a času (Goorweg-Weiss-Lapikova krivka) .

Z analýzy krivky vyplýva, že bez ohľadu na to, aká veľká je sila podnetu, ak je trvanie jeho pôsobenia nedostatočné, nedôjde k odozve (ukazuje naľavo od vzostupnej vetvy hyperboly). Podobný jav sa pozoruje pri dlhšom pôsobení podprahových podnetov. Minimálny prúd (alebo napätie), ktorý môže spôsobiť excitáciu, sa nazýva Lapikova reobáza (segment ordináty OA). Najmenší časový interval, počas ktorého prúd rovnajúci sa sile zdvojnásobenej reobázy spôsobuje excitáciu v tkanive, sa nazýva chronaxia (úsek úsečky OF), ktorá je indikátorom prahovej doby trvania stimulácie. Chronaxia sa meria v δ (tisíciny sekundy). Podľa veľkosti chronaxie možno posúdiť rýchlosť nástupu excitácie v tkanive: čím menšia je chronaxia, tým rýchlejšie nastáva vzrušenie. Chronaxia ľudských nervových a svalových vlákien sa rovná tisícinám a desaťtisícinám sekundy a chronaxia takzvaných pomalých tkanív, napríklad svalových vlákien žalúdka žaby, sa rovná stotinám sekundy.

Stanovenie chronaxie excitabilných tkanív sa rozšírilo nielen v experimente, ale aj vo fyziológii športu na klinike. Najmä meraním chronaxie svalu môže neurológ zistiť prítomnosť poškodenia motorického nervu. Je potrebné poznamenať, že stimul môže byť dostatočne silný, môže mať prahové trvanie, ale nízku rýchlosť nárastu času na prahovú hodnotu; excitácia v tomto prípade nevzniká. Adaptácia dráždivého tkaniva na pomaly rastúci stimul sa nazýva akomodácia. Akomodácia je spôsobená skutočnosťou, že počas zvýšenia sily stimulu v tkanive majú aktívne zmeny čas na rozvoj, čím sa zvyšuje prah podráždenia a bráni rozvoju excitácie. Pre začiatok vzrušenia je teda podstatná rýchlosť zvyšovania stimulácie v priebehu času alebo gradient stimulácie.

Zákon gradientu podráždenia. Reakcia živej bytosti na podnet závisí od gradientu stimulácie, teda od naliehavosti alebo strmosti rastu podnetu v čase: čím vyšší je gradient stimulácie, tým silnejšia (do určitých hraníc) je odozva stimulácie. vzrušujúca formácia.

V dôsledku toho zákony podráždenia odrážajú zložitý vzťah medzi stimulom a excitabilnou štruktúrou počas ich interakcie. Aby došlo k excitácii, stimul musí mať prahovú silu, musí mať prahové trvanie a musí mať určitú rýchlosť nárastu v čase.

6. Iónové čerpadlá (ATP-ázy):K+- Na+ - biela,Ca2+ (plazmolema a sarkoplazmatické retikulum),H+- K+ -výmenník.

Podľa moderných koncepcií majú biologické membrány iónové pumpy fungujúce na úkor voľnej energie hydrolýzy ATP - špeciálne systémy integrálnych proteínov (transportné ATPázy).

V súčasnosti existujú tri typy elektrogénnych iónových púmp, ktoré aktívne prenášajú ióny cez membránu (obr. 13).

K prenosu iónov transportnými ATPázami dochádza v dôsledku konjugácie prenosových procesov s chemickými reakciami v dôsledku energie bunkového metabolizmu.

Počas práce K + -Na + -ATPázy sa v dôsledku energie uvoľnenej pri hydrolýze každej molekuly ATP do bunky prenesú dva draselné ióny a súčasne sa z bunky odčerpajú tri ióny sodíka. Vzniká tak zvýšená koncentrácia draselných iónov v bunke a znížená koncentrácia sodíka v bunke v porovnaní s medzibunkovým prostredím, čo má veľký fyziologický význam.

Príznaky "biopumpy":

1. Pohyb proti gradientu elektrochemického potenciálu.

2. Prúdenie látky je spojené s hydrolýzou ATP (alebo iného zdroja energie).

3. asymetria dopravného prostriedku.

4. In vitro pumpa je schopná hydrolyzovať ATP iba ​​v prítomnosti tých iónov, ktoré nesie in vivo.

5. Keď je čerpadlo zabudované do umelého prostredia, je schopné zachovať selektivitu.

Molekulárny mechanizmus fungovania iónových ATPáz nie je úplne objasnený. Napriek tomu je možné vysledovať hlavné štádiá tohto zložitého enzymatického procesu. V prípade K + -Na + -ATPázy existuje sedem stupňov prenosu iónov spojených s hydrolýzou ATP.

Diagram ukazuje, že kľúčové štádiá enzýmu sú:

1) tvorba komplexu enzýmu s ATP na vnútornom povrchu membrány (táto reakcia je aktivovaná iónmi horčíka);

2) väzba komplexom troch sodných iónov;

3) fosforylácia enzýmu s tvorbou adenozíndifosfátu;

4) flip-flop (flip-flop) enzýmu vo vnútri membrány;

5) reakcia iónovej výmeny sodíka za draslík, ktorá prebieha na vonkajšom povrchu membrány;

6) spätné prevrátenie komplexu enzýmov s prenosom iónov draslíka do bunky;

7) návrat enzýmu do pôvodného stavu s uvoľnením draselných iónov a anorganického fosforečnanu (P).

Počas celého cyklu sa teda z bunky uvoľnia tri ióny sodíka, cytoplazma sa obohatí o dva ióny draslíka a hydrolyzuje sa jedna molekula ATP.

7. Membránový potenciál, veľkosť a pôvod.

Na vysvetlenie pôvodu biopotenciálov bolo navrhnutých mnoho teórií. Membránová teória navrhnutá nemeckým výskumníkom Bernsteinom (1902, 1912) je najlepšie podložená experimentálne. V modernom období túto teóriu upravili a experimentálne rozvinuli Hodgkin, Huxley, Katz (1949-1952).

Zistilo sa, že základom bioelektrických javov je nerovnomerné rozloženie (asymetria) iónov v cytoplazme bunky a jej prostredí. Protoplazma nervových a svalových buniek teda obsahuje 30-50-krát viac draselných iónov, 8-10-krát menej sodíkových iónov a 50-krát menej iónov chlóru ako extracelulárna tekutina. Okrem toho zloženie cytoplazmy bunky zahŕňa organické anióny (veľkomolekulárne zlúčeniny nesúce negatívny náboj), ktoré v extracelulárnom prostredí chýbajú.

Zástancovia membránovej teórie sa domnievajú, že hlavným dôvodom iónovej asymetrie je prítomnosť bunkovej membrány so špecifickými vlastnosťami.

Bunková membrána je zhrubnutá vrstva cytoplazmy, ktorej hrúbka je asi 10 nm (100 A). Použitie výskumných metód elektrónového mikroskopu umožnilo určiť jemnú štruktúru membrány (obr. 55). Bunková membrána pozostáva z dvojitej vrstvy molekúl fosfolipidov, ktorá je zvnútra pokrytá vrstvou molekúl bielkovín a zvonka vrstvou komplexných sacharidových molekúl – mukopolysacharidov. Membrána má špeciálne kanály - "póry", cez ktoré voda a ióny prenikajú do bunky. Predpokladá sa, že pre každý ión existujú špeciálne kanály. V tomto ohľade bude priepustnosť membrány pre určité ióny závisieť od veľkosti pórov a priemerov samotných iónov.

V stave relatívneho fyziologického pokoja má membrána zvýšenú priepustnosť pre ióny draslíka, zatiaľ čo jej priepustnosť pre ióny sodíka je výrazne znížená.

Zvláštnosti permeability bunkovej membrány, ako aj veľkosť samotných iónov sú teda jedným z dôvodov asymetrie distribúcie iónov na oboch stranách bunkovej membrány. Iónová asymetria je jednou z hlavných príčin vzniku pokojového potenciálu, pričom vedúcu úlohu má nerovnomerné rozloženie draselných iónov.

Hodgkin vykonal klasické experimenty na obrovskom nervovom vlákne chobotnice. Koncentrácia draselných iónov vo vlákne a v okolitej kvapaline sa vyrovnala – pokojový potenciál zmizol. Ak sa vlákno naplnilo umelým fyziologickým roztokom podobným zložením intracelulárnej tekutine, medzi vnútornou a vonkajšou stranou membrány sa vytvoril potenciálny rozdiel, ktorý sa približne rovnal pokojovému potenciálu normálneho vlákna (50-80 mV).

Mechanizmus tvorby akčného potenciálu je oveľa komplikovanejší. Hlavná úloha pri výskyte akčných prúdov patrí sodíkovým iónom. Pôsobením stimulu prahovej sily sa priepustnosť bunkovej membrány pre ióny sodíka zvyšuje 500-krát a prekračuje priepustnosť pre ióny draslíka 10-20-krát. V tomto ohľade sa sodík rúti do bunky ako lavína, čo vedie k opätovnému nabitiu bunkovej membrány. Vonkajší povrch je nabitý záporne vzhľadom na vnútorný. Dochádza k depolarizácii bunkovej membrány sprevádzanej obrátením membránového potenciálu. Zvrat membránového potenciálu je chápaný ako počet milivoltov (mV), o ktorý akčný potenciál prevyšuje pokojový potenciál. Obnova počiatočnej úrovne membránového potenciálu (repolarizácia) sa uskutočňuje v dôsledku prudkého zníženia priepustnosti sodíka (inaktivácia) a aktívneho prenosu iónov sodíka z cytoplazmy bunky do prostredia.

Dôkaz pre hypotézu akčného potenciálu sodíka získal aj Hodgkin. Ak je totiž akčný potenciál sodíkovej povahy, potom možno zmenou koncentrácie iónov sodíka zmeniť hodnotu akčného potenciálu. Ukázalo sa, že keď sa 2/3 morskej vody, ktorá je normálnym prostredím pre obrovský axón chobotnice, nahradia izotonickým roztokom dextrózy, to znamená, že keď sa koncentrácia sodíka v prostredí zmení o 2/3, akčný potenciál sa zníži o polovicu.

Vznik biopotenciálov je teda funkciou biologickej membrány so selektívnou permeabilitou. Veľkosť pokojového potenciálu a akčného potenciálu je určená iónovou asymetriou v systéme bunka-prostredie.

8. Elektrické javy v nervovom a svalovom tkanive pri vzrušení. Akčný potenciál, jeho veľkosť, fázy a trvanie. Pomer fáz akčného potenciálu s fázami excitability.

Už vyššie sme ukázali, že vedenie vzruchu v nervových a svalových vláknach sa uskutočňuje pomocou elektrických impulzov, ktoré sa šíria po povrchovej membráne. Prenos vzruchu z nervu do svalu je založený na inom mechanizme. Vykonáva sa v dôsledku uvoľňovania vysoko aktívnych chemických zlúčenín nervovými zakončeniami - sprostredkovateľmi nervového impulzu. V synapsiách kostrového svalstva je týmto mediátorom acetylcholín (ACh).

V neuromuskulárnej synapsii sú tri hlavné štrukturálne prvky - presynaptická membrána na nerv postsynaptická membrána na svale, medzi nimi - Synaptická štrbina ... Tvar synapsie môže byť rôzny. V pokoji je ACh obsiahnutý v takzvaných synaptických vezikulách vo vnútri koncovej platničky nervového vlákna. Cytoplazma vlákna, v ktorej plávajú synaptické vezikuly, je oddelená od synaptickej štrbiny presynaptickou membránou. S depolarizáciou presynaptickej membrány, jej nábojom a permeabilitou sa bubliny približujú k membráne a vylievajú sa do synaptickej štrbiny, ktorej šírka dosahuje 200-1000 angstromov. Mediátor začne difundovať cez medzeru k postsynaptickej membráne.

Postsynaptická membrána nie je elektrogénna, ale má vysokú citlivosť na mediátor v dôsledku prítomnosti takzvaných cholinergných receptorov - biochemických skupín schopných selektívne reagovať s ACh. Ten dosiahne postsynaptickú membránu za 0,2-0,5 ms. (tzv "synaptické oneskorenie") a interakciou s cholinergnými receptormi spôsobuje zmenu membránovej permeability pre Na, čo vedie k depolarizácii postsynaptickej membrány a vytvoreniu depolarizačnej vlny na nej, tzv. excitačný postsynaptický potenciál, (EPSP), ktorých hodnota presahuje EK susedných elektrogénnych úsekov membrány svalového vlákna. V dôsledku toho v nich vzniká PD (akčný potenciál), ktorý sa šíri po celom povrchu svalového vlákna, spôsobuje jeho kontrakciu, čím sa spúšťa proces tzv. elektromechanické rozhranie (Kapling). Mediátor v synaptickej štrbine a na postsynaptickej membráne funguje veľmi krátko, pretože je zničený enzýmom cholínesterázou, ktorý pripraví synapsiu na vnímanie novej časti mediátora. Ukázalo sa tiež, že časť nezreagovaného ACh sa môže vrátiť do nervového vlákna.

Pri veľmi častých rytmoch stimulácie možno zhrnúť postsynaptické potenciály, pretože cholínesteráza nestihne úplne rozložiť ACh uvoľnený v nervových zakončeniach. V dôsledku tejto sumácie sa postsynaptická membrána stále viac depolarizuje. V tomto prípade sa susedné elektrogénne oblasti svalového vlákna dostanú do stavu útlaku, podobného tomu, ktorý sa vyvíja pri predĺženom pôsobení jednosmernej katódy. (katódová depresia Verigo).

Vzrušenie v tkanive sa prejavuje vznikom preň špecifickej funkcie (vedenie vzruchu nervovým tkanivom, svalová kontrakcia, sekrécia žliaz) a nešpecifickými reakciami (vznik akčného potenciálu, metabolické zmeny).

Akčný prúd (PD a EPP) je elektrický prúd, ktorý sa vyskytuje v nervových, svalových a niektorých rastlinných bunkách medzi ich excitovanými a susednými pokojovými oblasťami. Je to spôsobené zmenami iónovej permeability membrány a potenciálu, ktorý sa vyvíja v excitovanej oblasti. Hrá dôležitú úlohu pri šírení akčného potenciálu pozdĺž bunky (vlákna). Akčný potenciál je posun membránového potenciálu, ku ktorému dochádza v tkanive pri pôsobení prahového a nadprahového stimulu, ktorý je sprevádzaný dobíjaním bunkovej membrány.

Pôsobením prahového alebo nadprahového podnetu sa v rôznej miere mení permeabilita bunkovej membrány pre ióny. Pre ióny Na sa zvyšuje 400-500-krát a gradient rastie rýchlo, pre ióny K - 10-15-krát a gradient sa vyvíja pomaly. V dôsledku toho dochádza k pohybu iónov Na vo vnútri bunky, ióny K sa pohybujú von z bunky, čo vedie k opätovnému nabitiu bunkovej membrány. Vonkajší povrch membrány nesie záporný náboj, vnútorný je kladný. Presné merania ukázali, že amplitúda akčného potenciálu je o 30-50 mV vyššia ako hodnota pokojového potenciálu.

Fázy PD. PD pozostáva z 2 fáz:

1. Fáza depolarizácie. Zodpovedá rýchlej zmene membránového potenciálu (depolarizácia membrány) asi 110 mV. Membránový potenciál sa mení z pokojovej úrovne (asi -70 mV) na hodnotu blízku rovnovážnemu potenciálu - potenciálu, pri ktorom prichádzajúci prúd nadobúda nulovú hodnotu (ENa + (asi 40 mV)).

2. Fáza repolarizácie. Membránový potenciál opäť dosiahne pokojovú úroveň (membrána sa repolarizuje), po ktorej dôjde k hyperpolarizácii na hodnotu asi o 10 mV menšiu (negatívnejšiu) ako je pokojový potenciál, t.j. približne -80 mV.

Trvanie akčného potenciálu v nervových vláknach a vláknach kostrového svalstva sa pohybuje v rozmedzí 0,1 - 5 ms, pričom fáza repolarizácie je vždy dlhšia ako fáza depolarizácie.

Pomer fáz akčného potenciálu a excitability. Úroveň bunkovej excitability závisí od fázy PD. Vo fáze lokálnej odpovede sa zvyšuje excitabilita. Táto fáza excitability sa nazýva latentná augmentácia. Vo fáze repolarizácie AP, keď sa otvárajú všetky sodíkové kanály a sodíkové ióny sa rútia do bunky ako lavína, nemôže tento proces stimulovať žiadny ani super silný stimul. Preto fáza depolarizácie zodpovedá fáze absolútnej refraktérnosti. Počas fázy repolarizácie sa uzatvára stále viac sodíkových kanálov. Pôsobením nadprahového podnetu sa však dajú znovu otvoriť. To zodpovedá fáze relatívnej žiaruvzdornosti. Počas stopovej depolarizácie je MP na kritickej úrovni, preto aj podprahové stimuly môžu spôsobiť excitáciu buniek. V dôsledku toho je v tomto momente zvýšená jej excitabilita. Táto fáza sa nazýva fáza nadprirodzenej excitability. V momente hyperpolarizácie stopy je MF nad počiatočnou úrovňou. Je vo fáze subnormálnej excitability.

9. Stavba kostrových svalov a ich inervácia. Motorová jednotka. Fyziologické vlastnosti svalov, ich charakteristiky u novorodenca.

Morfofunkčná klasifikácia svalov:

1. Priečne pruhované

a) kostrové - viacjadrové bunky, priečne pruhované, jadrá bližšie k sarkoléme. Hmotnosť 40%.

b) srdcové - priečne pruhované, mononukleárne bunky, jadro v strede. Hmotnosť 0,5 %.

2. Hladké - mononukleárne bunky, nemajú priečne ryhovanie. Sú členmi iných orgánov. Celková hmotnosť je 5-10%.

Všeobecné vlastnosti svalov.

1) Vzrušivosť. PP = - 90 mV. Amplitúda PD = 120 mV - reverzácia znamienka +30 mV.

2) Vodivosť – schopnosť viesť PD cez bunkovú membránu (3-5 m/s). Zabezpečuje dodanie PD do T-trubíc a z nich do L-trubíc, ktoré uvoľňujú vápnik.

3) Kontraktilita – schopnosť skrátiť alebo vyvinúť napätie pri vzrušení.

4) Elasticita – schopnosť vrátiť sa do pôvodnej dĺžky.

Funkcia kostrového svalstva:

1. Pohyb tela v priestore

2. Pohybujúce sa časti tela voči sebe navzájom

3. Udržiavanie postoja

4. Tvorba tepla

5. Pohyb krvi a lymfy (dynamická práca)

6. Účasť na pľúcnej ventilácii

7. Ochrana vnútorných orgánov

8. Antistresový faktor

Úrovne organizácie kostrového svalstva:

Celý sval je obklopený epimisiom, pristupujú k nemu cievy a nervy. Jednotlivé svalové snopce sú pokryté perimiziom. Zväzok buniek (svalové vlákno alebo symplast) - pokrytý endomýziom. Bunka obsahuje myofibrily z myofilamentov, hlavnými proteínmi sú aktín, myozín, tropomyozín, troponín, kalcium ATP-áza, kreatínfosfokináza, štruktúrne proteíny.

Vo svale sa rozlišujú motorické (motorické, neuromotorické jednotky) - ide o funkčné spojenie motorického neurónu, jeho axónu a svalových vlákien inervovaných týmto axónom. Tieto svalové vlákna môžu byť umiestnené v rôznych oblastiach (zväzkoch) svalu.

Motorická jednotka (ME) je funkčná jednotka kostrového svalstva. ME zahŕňa motorický neurón a ním inervovanú skupinu svalových vlákien.

Typy svalových vlákien:

1) pomalé fázové vlákna oxidačného typu

2) rýchle fázové vlákna oxidačného typu (typ 2a)

3) rýchle fázové vlákna glykolytického typu (typ 2b)

4) tonické vlákna

Mechanizmy kontrakcie svalov.

A) jediné svalové vlákno

B) celý sval

Kostrový sval má tieto základné vlastnosti:

1) excitabilita – schopnosť reagovať na pôsobenie podnetu zmenou iónovej vodivosti a membránového potenciálu. V prirodzených podmienkach je týmto dráždidlom mediátor acetylcholín.

2) vodivosť - schopnosť viesť akčný potenciál pozdĺž a do svalového vlákna pozdĺž T-systému;

3) kontraktilita - schopnosť skrátiť alebo vyvinúť napätie pri vzrušení;

4) elasticita - schopnosť vyvinúť napätie pri natiahnutí.

10. Spôsoby svalovej kontrakcie: izotonické a izometrické. Absolútna sila svalov. Zmeny svalovej sily súvisiace s vekom.

Kontraktilná schopnosť kostrového svalu je charakterizovaná silou kontrakcie, ktorú sval vyvíja (zvyčajne celková sila, ktoré sa sval môže vyvinúť, a absolútne, teda sila na 1 cm 2 prierezu).dĺžka skrátenia, miera napätia svalového vlákna, rýchlosť skrátenia a rozvoja napätia, rýchlosť relaxácie. Keďže tieto parametre sú do značnej miery určené počiatočnou dĺžkou svalových vlákien a zaťažením svalu, štúdium svalovej kontraktility sa vykonáva v rôznych režimoch.

Stimulácia svalového vlákna jediným prahovým alebo nadprahovým podnetom vedie k jedinej kontrakcii, ktorá pozostáva z niekoľkých období (obr. 2.23). Prvá - doba latencie je súhrn časových oneskorení spôsobených excitáciou membrány svalového vlákna, šírením AP pozdĺž T-systému do vlákna, tvorbou inozitoltrifosfátu, zvýšením koncentrácie intracelulárneho vápnika a aktivácia priečnych mostov. Pre sartoriusový sval žaby je doba latencie asi 2 ms.

Druhým je obdobie skracovania, čiže rozvoja napätia. V prípade voľného skrátenia svalových vlákien hovoria o izotonická kontrakcia, pri ktorej sa napätie prakticky nemení, ale mení sa len dĺžka svalového vlákna. Ak je svalové vlákno fixované na oboch stranách a nemožno ho voľne skrátiť, potom hovoria o izometrická kontrakcia Presne povedané, pri tomto spôsobe kontrakcie sa dĺžka svalového vlákna nemení, zatiaľ čo veľkosť sarkomérov sa mení v dôsledku kĺzania filamentov aktínu a myozínu voči sebe navzájom. V tomto prípade sa výsledné napätie prenáša na elastické prvky umiestnené vo vnútri vlákna. Elastické vlastnosti majú priečne mostíky myozínových filamentov, aktínové filamenty, Z-platne, pozdĺžne umiestnené sarkoplazmatické retikulum a sarkolema svalového vlákna.

Pri pokusoch na izolovanom svale sa odhalí natiahnutie väzivových prvkov svalu a šliach, na ktoré sa prenáša napätie vyvinuté priečnymi mostíkmi.

V ľudskom tele v izolovanej forme nedochádza k izotonickej alebo izometrickej kontrakcii. Spravidla je vývoj napätia sprevádzaný skrátením dĺžky svalov - redukcia auxotonického režimu

Tretím je obdobie relaxácie, kedy klesá koncentrácia iónov Ca 2+ a dochádza k oddeľovaniu myozínových hlavičiek od aktínových filamentov.

Predpokladá sa, že pre jedno svalové vlákno je napätie vyvinuté ktoroukoľvek sarkomérou rovnaké ako napätie v ktorejkoľvek inej sarkomére. Keďže sarkoméry sú zapojené do série, rýchlosť kontrakcie svalového vlákna je úmerná počtu jeho sarkomér. Pri jedinej kontrakcii je teda rýchlosť skracovania dlhého svalového vlákna vyššia ako kratšieho. Množstvo úsilia vyvinutého svalovým vláknom je úmerné počtu myofibríl vo vlákne. Počas svalového tréningu sa zvyšuje počet myofibríl, čo je morfologický substrát pre zvýšenie sily svalovej kontrakcie. Zároveň sa zvyšuje počet mitochondrií, ktoré zvyšujú vytrvalosť svalových vlákien pri fyzickej námahe.

V izolovanom svale je veľkosť a rýchlosť jednej kontrakcie určená množstvom ďalších faktorov. Veľkosť jednej kontrakcie bude primárne určená počtom motorických jednotiek zapojených do kontrakcie. Pretože svaly sú zložené zo svalových vlákien s rôznymi úrovňami excitability, existuje určitý vzťah medzi veľkosťou stimulu a odozvou. Zvýšenie sily kontrakcie je možné až do určitého limitu, po ktorom zostáva amplitúda kontrakcie nezmenená so zvýšením amplitúdy stimulu. V tomto prípade sa kontrakcie zúčastňujú všetky svalové vlákna, ktoré tvoria sval.

Dôležitosť účasti všetkých svalových vlákien na kontrakcii sa ukázala pri štúdiu závislosti rýchlosti skracovania od veľkosti zaťaženia.

Keď sa druhý stimul aplikuje počas obdobia skrátenia alebo rozvoja svalového napätia, spočítajú sa dve po sebe nasledujúce kontrakcie a výsledná odozva v amplitúde je výrazne vyššia ako pri jedinom stimule; ak je svalové vlákno alebo sval stimulovaný s takou frekvenciou, že opakované podnety budú dopadať na obdobie skrátenia alebo rozvoja napätia, potom dôjde k úplnému zhrnutiu jednotlivých kontrakcií a vznikne hladký tetanus (Obr. 2.25, B). Tetanus je silná a dlhotrvajúca svalová kontrakcia. Predpokladá sa, že tento jav je založený na zvýšení koncentrácie vápnika vo vnútri bunky, čo umožňuje reakciu interakcie medzi aktínom a myozínom a generovanie svalovej sily priečnymi mostíkmi na dostatočne dlhú dobu. S poklesom frekvencie stimulácie je možné, že počas relaxačného obdobia sa aplikuje opakovaný stimul. V tomto prípade dôjde aj k sumácii svalových kontrakcií, na krivke svalových kontrakcií však bude charakteristická depresia (obr. 2.25, D) - neúplná sumacia, príp. zubatý tetanus.

Pri tetanuse dochádza k sumácii svalových kontrakcií, zatiaľ čo PD svalových vlákien sa nesčítava.

V prirodzených podmienkach nedochádza k jednotlivým kontrakciám kostrových svalov. Nastáva pridanie, príp superpozícia, kontrakcie jednotlivých neuromotorických jednotiek. V tomto prípade sa sila kontrakcie môže zvýšiť tak v dôsledku zmeny počtu motorických jednotiek zúčastňujúcich sa na kontrakcii, ako aj v dôsledku zmeny frekvencie impulzov motorických neurónov. V prípade zvýšenia frekvencie impulzov sa bude pozorovať súčet kontrakcií jednotlivých motorických jednotiek.

Jedným z dôvodov zvýšenia sily kontrakcie in vivo je frekvencia impulzov generovaných motorickými neurónmi. Druhým dôvodom je zvýšenie počtu excitovaných motoneurónov a synchronizácia frekvencie ich excitácie. Zvýšenie počtu motorických neurónov zodpovedá zvýšeniu počtu motorických jednotiek zúčastňujúcich sa kontrakcie a zvýšenie stupňa synchronizácie ich excitácie prispieva k zvýšeniu amplitúdy so superpozíciou maximálnej kontrakcie vyvinutej každou z nich. motorová jednotka samostatne.

Sila kontrakcie izolovaného kostrového svalu, pričom všetky ostatné veci sú rovnaké, závisí od počiatočnej dĺžky svalu. Mierne natiahnutie svalu spôsobuje, že sila, ktorú vyvíja, sa zvyšuje v porovnaní so silou vyvinutou nenatiahnutým svalom. Dochádza k súčtu pasívneho napätia v dôsledku prítomnosti elastických zložiek svalu a aktívnej kontrakcie. Maximálna sila kontrakcie sa dosiahne, keď je veľkosť sarkoméry 2-2,2 mikrónu (obr. 2.26). Predĺženie sarkoméry vedie k zníženiu sily kontrakcie, pretože oblasť vzájomného prekrývania aktínových a myozínových vlákien sa znižuje. S dĺžkou sarkoméry 2,9 mikrónov môže sval vyvinúť silu rovnajúcu sa iba 50% maximálneho možného.

V prirodzených podmienkach sa sila kontrakcie kostrových svalov pri ich naťahovaní, napríklad pri masáži, zvyšuje v dôsledku práce gama eferentov.

Absolútna svalová sila je pomer maximálnej sily svalu k jeho fyziologickému priemeru, t.j. maximálne zaťaženie, ktoré sval zdvihne, vydelené celkovou plochou všetkých svalových vlákien. Sila kontrakcie nezostáva počas života konštantná. V dôsledku dlhšej aktivity klesá výkonnosť kostrového svalstva. Tento jav sa nazýva únava. Zároveň sa znižuje sila kontrakcií, zvyšuje sa latentná doba kontrakcie a doba relaxácie.

11. Jednotlivé svalové kontrakcie, ich fázy. Fázy zmien svalovej excitability. Vlastnosti jedinej kontrakcie u novorodencov.

Podráždenie svalu alebo motorického nervu, ktorý ho inervuje jediným podnetom, spôsobí jedinú kontrakciu svalu. Rozlišuje dve hlavné fázy: fázu kontrakcie a fázu relaxácie. Kontrakcia svalového vlákna začína už pri vzostupnej vetve PD. Trvanie kontrakcie v každom bode svalového vlákna je desaťkrát dlhšie ako trvanie AP. Preto prichádza moment, kedy PD prejde pozdĺž celého vlákna a končí, pričom vlna kontrakcie pokryje celé vlákno a pokračuje v jeho skracovaní. Tomu zodpovedá moment maximálneho skrátenia alebo napätia svalového vlákna.

Kontrakcia každého jednotlivého svalového vlákna jednotlivými kontrakciami je v súlade so zákonom. všetko alebo nič". To znamená, že kontrakcia, ku ktorej dochádza počas prahovej aj nadprahovej stimulácie, má maximálnu amplitúdu. Veľkosť jedinej kontrakcie celého svalu závisí od sily stimulácie. Pri prahovej stimulácii je jej kontrakcia sotva badateľná, ale s zvýšenie sily stimulácie sa zväčšuje.kým nedosiahne určitú výšku, po ktorej zostane nezmenená (maximálna kontrakcia).Je to spôsobené tým, že vzrušivosť jednotlivých svalových vlákien nie je rovnaká, a preto len časť sú vzrušené slabým podráždením.Pri maximálnej kontrakcii sú vzrušené všetky.Rýchlosť vlny svalovej kontrakcie sa zhoduje s rýchlosťou šírenia AP V biceps brachii sa rovná 3,5-5,0 m / sek.

Jedna kontrakcia - jedno zníženie podráždenia... V ňom sa rozlišuje latentné obdobie, fáza kontrakcie a fáza relaxácie. V momente latentnej periódy nastáva refrakčná fáza. Ale už na začiatku skracovacej fázy je obnovená.

12. Súčet svalových kontrakcií. Tetanické kontrakcie.

Ak v experimente na jednotlivé svalové vlákna alebo na celý sval pôsobia dva rýchlo po sebe nasledujúce silné jednotlivé stimuly, výsledná kontrakcia bude mať väčšiu amplitúdu ako maximálna jednotlivá kontrakcia. Zdá sa, že kontrakčné účinky spôsobené prvým a druhým stimulom sa sčítavajú. Tento jav sa nazýva sumácia skratiek. Pre vznik sumácie je potrebné, aby interval medzi stimulmi mal určitú dĺžku – musí byť dlhší ako refraktérna perióda, ale kratší ako celé trvanie jednej kontrakcie, aby druhá stimulácia pôsobila na sval pred ňou. má čas na relax. V tomto prípade sú možné dva prípady. Ak druhý stimul príde, keď sa sval už začal uvoľňovať, na myografickej krivke bude vrchol druhej kontrakcie oddelený od prvej depresiou. Ak druhý stimul pôsobí, keď prvá kontrakcia ešte nedosiahla svoj vrchol, potom sa druhá kontrakcia takpovediac zlúči s prvou a spolu s ňou vytvorí jeden súhrnný vrchol. Pri úplnom aj neúplnom súčte sa PD nesčítavajú. Táto kumulatívna kontrakcia ako odpoveď na rytmické podnety sa nazýva tetanus. V závislosti od frekvencie podráždenia je vrúbkovaný a hladký.

Dôvod súčtu kontrakcií pri tetanu spočíva v akumulácii iónov Ca++ v interfibrilárnom priestore až do koncentrácie 5 * 10 6 mM / l. Po dosiahnutí tejto hodnoty ďalšia akumulácia Ca ++ nevedie k zvýšeniu amplitúdy tetanu.

Po ukončení tetanickej stimulácie sa vlákna najskôr úplne neuvoľnia a ich pôvodná dĺžka sa obnoví až po určitom čase. Tento jav sa nazýva posttetanická alebo reziduálna kontraktúra. Súvisí to s tým. že odstránenie všetkého Ca++ z interfibrilárneho priestoru, ktorý sa tam dostal pri rytmických podnetoch a nestihol sa úplne stiahnuť do cisterien sarkoplazmatického retikula, chodom Ca-púmp, trvá dlhšie.

Ak sa po dosiahnutí hladkého tetanu frekvencia podráždenia ešte zvýši, tak sa sval pri určitej frekvencii zrazu začne uvoľňovať. Tento jav sa nazýva pesimum . Vyskytuje sa, keď každý ďalší impulz spadne do refraktérnosti z predchádzajúceho.

13. Ultraštruktúra myofibríl. Kontraktačné proteíny (aktín, myozín). Regulačné proteíny (troponín, tropomyozín) v zložení tenkých protofibríl. Teória svalovej kontrakcie.

Myofibrily sú kontraktilný aparát svalového vlákna. V priečne pruhovaných svalových vláknach sa myofibrily delia na pravidelne sa striedajúce úseky (disky) s rôznymi optickými vlastnosťami. Niektoré z týchto oblastí sú anizotropné, t.j. mať dvojlom. V normálnom svetle sa javia ako tmavé a v polarizovanom svetle v pozdĺžnom smere priehľadné a v priečnom smere nepriehľadné. Ostatné oblasti sú izotropné a pri normálnom svetle sa zdajú byť priehľadné. Anizotropné oblasti sú označené písmenom A, izotropný - ja V strede disku A je svetlý pás N a v strede disku I je tmavý pruh Z, čo je tenká priečna membrána, cez ktorej póry prechádzajú myofibrily. V dôsledku prítomnosti takejto nosnej štruktúry sa paralelné disky jednotlivých myofibríl v rámci jedného vlákna navzájom počas kontrakcie nepohybujú.

Zistilo sa, že každá z myofibríl má priemer asi 1 mikrón a pozostáva v priemere z 2500 protofibríl, čo sú predĺžené polymerizované molekuly s myozínovými a aktínovými proteínmi. Myozínové vlákna (protofibrily) sú dvakrát hrubšie ako aktínové vlákna. Ich priemer je približne 100 angstromov. V kľudovom stave svalového vlákna sú filamenty umiestnené v myofibrile tak, že tenké dlhé aktínové filamenty vstupujú na ich konce do priestorov medzi hrubými a kratšími myozínovými filamentmi. V takejto časti je každá hrubá niť obklopená 6 tenkými. Vďaka tomu sa disky I skladajú iba z aktínových vlákien a disky A tiež pozostávajú z myozínových vlákien. Svetelný pás H predstavuje zónu bez aktínových filamentov počas doby pokoja. Membrána Z, ktorá prechádza stredom disku I, drží aktínové vlákna pohromade.

Dôležitou súčasťou ultramikroskopickej štruktúry myofibríl sú aj početné priečne mostíky na myozíne. Aktínové vlákna majú zase takzvané aktívne centrá, ktoré sú v pokoji pokryté ako plášť špeciálnymi proteínmi - troponínom a tropomyozínom. Kontrakcia je založená na procese kĺzania aktínových filamentov vzhľadom na myozínové filamenty. Toto kĺzanie je spôsobené prácou tzv. "chemická výbava", t.j. periodicky sa vyskytujúce cykly zmien stavu priečnych mostíkov a ich interakcie s aktívnymi centrami na aktíne. Dôležitú úlohu v týchto procesoch zohrávajú ióny ATP a Ca +.

Keď sa svalové vlákno stiahne, aktínové a myozínové filamenty sa neskracujú, ale začnú po sebe kĺzať: aktínové filamenty kĺžu medzi myozínovými filamentami, v dôsledku čoho sa skráti dĺžka I diskov a A diskami. zachovať svoju veľkosť, približovať sa k sebe. H prúžok takmer zmizne, pretože konce aktínu sa dotýkajú a dokonca prechádzajú cez seba.

14. Spojenie excitácie a kontrakcie (elektromechanická väzba) vo svalových vláknach. Úloha vápenatých iónov. Funkcia sarkoplazmatického retikula.

V kostrovom svale je in vivo iniciátorom svalovej kontrakcie akčný potenciál, ktorý sa šíri pri excitácii po povrchovej membráne svalového vlákna.

Ak sa hrot mikroelektródy priloží na povrch svalového vlákna v oblasti membrány Z, potom pri použití veľmi slabého elektrického stimulu, ktorý spôsobí depolarizáciu, sa disky I na oboch stranách miesta podráždenia začnú skracovať. . v tomto prípade sa vzruch šíri hlboko do vlákna, pozdĺž membrány Z. Podráždenie iných častí membrány nespôsobuje takýto účinok. Z toho vyplýva, že depolarizácia povrchovej membrány v oblasti disku I pri šírení AP je spúšťacím mechanizmom kontraktilného procesu.

Ďalšie štúdie ukázali, že dôležitým medzičlánkom medzi depolarizáciou membrány a začiatkom svalovej kontrakcie je prienik voľných iónov CA++ do interfibrilárneho priestoru. V pokoji je väčšina Ca++ vo svalovom vlákne uložená v sarkoplazmatickom retikule.

V mechanizme svalovej kontrakcie zohráva osobitnú úlohu tá časť retikula, ktorá je lokalizovaná v oblasti membrány Z. Elektrón-mikroskopicky tzv. triáda (T-systém), z ktorých každá pozostáva z tenkej priečnej trubice, centrálne umiestnenej v oblasti membrány Z, prebiehajúcej cez vlákno, a dvoch laterálnych cisterien sarkoplazmatického retikula, ktoré obsahujú viazaný Ca++. PD šíriaca sa po povrchovej membráne je zanesená hlboko do vlákna pozdĺž priečnych tubulov triád. Potom sa vzruch prenesie do cisterien, depolarizuje ich membránu a stane sa priepustnou pre CA++.

Experimentálne sa zistilo, že existuje určitá kritická koncentrácia voľných iónov Ca++, pri ktorej začína kontrakcia myofibríl. Rovná sa 0,2-1,5 * 106 iónov na vlákno. Zvýšenie koncentrácie Ca++ až na 5 * 10 6 už spôsobuje maximálne zníženie.

Začiatok svalovej kontrakcie je obmedzený na prvú tretinu vzostupného PD kolena, kedy jeho hodnota dosahuje približne 50 mV. Predpokladá sa, že práve pri tejto veľkosti depolarizácie sa koncentrácia Ca++ stáva prahom pre začiatok interakcie medzi aktínom a myozínom.

Proces uvoľňovania Ca++ sa zastaví po skončení vrcholu AP. Napriek tomu znižovanie pokračuje v raste, kým do hry nevstúpi mechanizmus zabezpečujúci návrat Ca++ do cisterien retikula. Tento mechanizmus sa nazýva „vápnikové čerpadlo“. Na vykonávanie svojej práce sa využíva energia získaná štiepením ATP.

V interfibrilárnom priestore Ca++ interaguje s proteínmi, ktoré uzatvárajú aktívne centrá aktínových filamentov - troponínom a tropomyozínom, čím poskytuje príležitosť na reakciu krížových mostíkov myozínových a aktínových filamentov.

Sled udalostí vedúcich ku kontrakcii a následne k relaxácii svalového vlákna je teda v súčasnosti nakreslený takto:

15. Únava pri svalovej práci. Príčiny únavy. Koncept aktívneho oddychu.

Únava je prechodný pokles výkonnosti bunky, orgánu alebo celého organizmu, ktorý vzniká v dôsledku práce a po odpočinku zmizne.

Ak je izolovaný sval, na ktorý je zavesená malá záťaž, dlhodobo dráždený rytmickými elektrickými podnetmi, potom amplitúda jeho kontrakcií postupne klesá, až dosiahne nulu. Zaznamená sa krivka únavy. Spolu so zmenou amplitúdy kontrakcií pri únave sa zvyšuje latentná perióda kontrakcie, predlžuje sa doba svalovej relaxácie a zvyšuje sa prah podráždenia, t.j. vzrušivosť klesá. Všetky tieto zmeny sa nevyskytujú ihneď po začiatku práce, existuje určité obdobie, počas ktorého dochádza k zvýšeniu amplitúdy kontrakcií a miernemu zvýšeniu svalovej excitability. Zároveň sa stáva ľahko roztiahnuteľným. V takýchto prípadoch sa hovorí, že sval je „zapracovaný“, t.j. prispôsobuje sa práci v danom rytme a sile podráždenia. Po období práceschopnosti nastáva obdobie stabilnej práceneschopnosti. Pri ďalšom dlhotrvajúcom podráždení dochádza k únave svalových vlákien.

Zníženie výkonu svalu izolovaného od tela pri dlhotrvajúcom podráždení je spôsobené dvoma hlavnými dôvodmi. Prvým z nich je, že pri kontrakciách sa vo svale hromadia produkty látkovej premeny (kyselina fosforečná, viažuce Ca ++, kyselina mliečna a pod.), ktoré pôsobia tlmivo na svalovú výkonnosť. Niektoré z týchto produktov, ako aj Ca ióny, difundujú z vlákien smerom von do pericelulárneho priestoru a majú depresívny účinok na schopnosť excitabilnej membrány generovať AP. Ak sa teda izolovaný sval, umiestnený v malom objeme Ringerovej tekutiny, úplne unaví, potom stačí len vymeniť roztok, ktorý ho obmýva, aby sa obnovili svalové kontrakcie.

Ďalším dôvodom rozvoja únavy v izolovanom svale je postupné vyčerpávanie energetických zásob v ňom. Pri dlhšej práci sa obsah glykogénu vo svale prudko znižuje, v dôsledku čoho sú narušené procesy resyntézy ATP a CF, ktoré sú potrebné na realizáciu kontrakcie.

Treba si uvedomiť, že v prirodzených podmienkach existencie tela sa únava motorického aparátu pri dlhšej práci vyvíja úplne inak ako pri experimente s izolovaným svalom. Je to spôsobené nielen skutočnosťou, že sval je v tele neustále zásobovaný krvou, a preto s ním prijíma potrebné živiny a oslobodzuje sa od metabolických produktov. Hlavným rozdielom je, že v tele prichádzajú vzruchové impulzy do svalu z nervu. Nervovosvalová synapsia sa unaví oveľa skôr ako svalové vlákno, v dôsledku rýchleho vyčerpania nahromadených zásob neurotransmiterov. To spôsobí blokádu prenosu vzruchov z nervu do svalu, čo chráni sval pred vyčerpaním spôsobeným dlhodobou prácou. V celom organizme sa nervové centrá (nervo-nervové kontakty) pri práci unavia ešte skôr.

Úlohu nervového systému pri únave celého organizmu dokazujú štúdie únavy v hypnóze (záťažový kôš), preukázanie vplyvu „aktívneho odpočinku“ na únavu, úloha sympatikového nervového systému (Orbeli- Ginetsinsky fenomén) atď.

Ergografia sa používa na štúdium svalovej únavy u ľudí. Tvar krivky únavy a množstvo vykonanej práce sa medzi rôznymi jednotlivcami a dokonca aj medzi tým istým subjektom v rôznych podmienkach výrazne líšia.

16. Fyziologické znaky hladkého svalstva. Plastický tón hladkých svalov.

Dôležitou vlastnosťou hladkého svalstva je jeho veľkosť plast , tie. schopnosť udržať dĺžku danú strečingom bez zmeny napätia. Kostrové svalstvo sa na druhej strane po vyložení okamžite skráti. Hladký sval zostáva natiahnutý, kým pod vplyvom akéhokoľvek podráždenia nedôjde k jeho aktívnej kontrakcii. Vlastnosť plasticity má pre normálnu činnosť dutých orgánov veľký význam – vďaka nej sa pri rôznych stupňoch plnenia relatívne málo mení tlak vo vnútri dutého orgánu.

Existujú rôzne typy hladkého svalstva. V stenách väčšiny dutých orgánov sa nachádzajú svalové vlákna s dĺžkou 50 – 200 mikrónov a priemerom 4 – 8 mikrónov, ktoré spolu veľmi tesne susedia, a preto sa pri mikroskopickom skúmaní zdá, že morfologicky tvoria jeden celok. celý. Elektrónové mikroskopické vyšetrenie však ukazuje, že sú od seba oddelené medzibunkovými medzerami, ktorých šírka môže byť 600-1500 angstromov. Napriek tomu hladké svalstvo funguje ako celok. To je vyjadrené v skutočnosti, že AP a pomalé vlny depolarizácie sa voľne šíria z jedného vlákna do druhého.

V niektorých hladkých svaloch, napríklad v ciliárnom svale oka alebo svaloch dúhovky, sú vlákna umiestnené oddelene a každé má svoju vlastnú inerváciu. Vo väčšine hladkých svalov sú motorické nervové vlákna umiestnené len na malom počte vlákien.

Pokojový potenciál vlákien hladkého svalstva, ktoré sú automatické, vykazuje neustále malé výkyvy. Jeho hodnota s intracelulárnym olovom sa rovná 30-70 mV. Pokojový potenciál neautomatických vlákien hladkého svalstva je stabilný a rovná sa 60-70 mV. V oboch prípadoch je jeho hodnota menšia ako pokojový potenciál kostrového svalstva. Je to spôsobené tým, že membrána vlákien hladkého svalstva v pokoji sa vyznačuje relatívne vysokou priepustnosťou pre ióny Na. Akčný potenciál v hladkom svale je tiež o niečo nižší ako v kostrovom svale. Prebytok nad pokojovým potenciálom nie je väčší ako 10-20 mV.

Iónový mechanizmus výskytu PD v hladkých svaloch je trochu odlišný od mechanizmu v kostrových svaloch. Zistilo sa, že regeneračná depolarizácia membrány, ktorá je základom akčného potenciálu v rade hladkých svalov, je spojená so zvýšením priepustnosti membrány pre ióny Ca++ namiesto Na+.

Mnohé hladké svaly sa vyznačujú spontánnou, automatickou aktivitou. Je charakterizovaná pomalým poklesom pokojového membránového potenciálu, ktorý je po dosiahnutí určitej úrovne sprevádzaný výskytom PD.

V nervových vláknach a vláknach kostrového svalstva sa excitácia šíri lokálnymi elektrickými prúdmi, ktoré vznikajú medzi depolarizovanými a priľahlými pokojovými úsekmi bunkovej membrány. Rovnaký mechanizmus je vlastný hladkým svalom. Avšak na rozdiel od kostrového svalstva sa v hladkom svalstve akčný potenciál, ktorý sa vyskytuje v jednom vlákne, môže šíriť do susedných vlákien. Je to spôsobené tým, že v membráne buniek hladkého svalstva v oblasti kontaktov so susednými bunkami sú oblasti s relatívne nízkym odporom, cez ktoré prúdové slučky, ktoré vznikli v jednom vlákne, ľahko prechádzajú do susedných, čo spôsobuje depolarizáciu ich membrán. V tomto ohľade je hladký sval podobný srdcovému svalu. Rozdiel je len v tom, že z jednej bunky srdca sa vzruší celý sval a v hladkých svaloch sa AP, ktoré vzniklo v jednej oblasti, šíri z neho len do určitej vzdialenosti, ktorá závisí od sily aplikovaného podnetu.

Ďalšou podstatnou črtou hladkého svalstva je, že k šíreniu AP dochádza smerom nadol iba vtedy, ak aplikovaný stimul súčasne vzruší určitý minimálny počet svalových buniek. Táto "kritická zóna" má priemer asi 100 mikrónov, čo zodpovedá 20-30 paralelným bunkám. Rýchlosť vedenia vzruchu v rôznych hladkých svaloch sa pohybuje od 2 do 15 cm/s. tie. podstatne menej ako v kostrovom svalstve.

Rovnako ako v kostrových svaloch, aj v hladkých akčných potenciáloch majú východiskovú hodnotu pre začiatok kontraktilného procesu. Spojenie medzi vzrušením a kontrakciou sa tu tiež uskutočňuje pomocou Ca++. Vo vláknach hladkého svalstva je však sarkoplazmatické retikulum slabo exprimované, preto vedúca úloha v mechanizme kontrakcie je priradená tým iónom Ca++, ktoré prenikajú do svalového vlákna počas tvorby AP.

Pri vysokej sile jediného stimulu môže dôjsť ku kontrakcii hladkého svalstva. Latentná perióda jej kontrakcie je oveľa dlhšia ako skeletálna a dosahuje 0,25-1 s. Dĺžka samotnej kontrakcie je tiež dlhá – do 1 minúty. Relaxácia po kontrakcii prebieha obzvlášť pomaly. Kontrakčná vlna sa šíri pozdĺž hladkých svalov rovnakou rýchlosťou ako excitačná vlna (2-15 cm/s). Ale táto pomalosť kontrakčnej aktivity je kombinovaná s veľkou silou kontrakcie hladkého svalstva. Svaly žalúdka vtákov sú teda schopné zdvihnúť 2 kg na 1 m2. jeho prierez.

V dôsledku pomalosti kontrakcie hladká svalovina aj pri zriedkavých rytmických podnetoch (10-12 za minútu) ľahko prechádza do predĺženého stavu pretrvávajúcej kontrakcie, pripomínajúcej tetanus kostrového svalstva. Náklady na energiu spojené s týmto znížením sú však veľmi nízke.

Schopnosť automatizovať hladké svaly je vlastná ich svalovým vláknam a je regulovaná nervovými prvkami, ktoré sa nachádzajú v stenách orgánov hladkého svalstva. Myogénny charakter automatizácie dokázali experimenty na pásoch svalov črevnej steny, zbavených nervových elementov. Hladké svalstvo reaguje na všetky vonkajšie vplyvy zmenou frekvencie spontánnych rytmov, čo má za následok svalové kontrakcie alebo relaxáciu. Účinok podráždenia hladkého svalstva čreva závisí od pomeru medzi frekvenciou stimulácie a prirodzenou frekvenciou spontánneho rytmu: pri nízkom tonusu - zriedkavé spontánne AP - aplikovaná stimulácia zvyšuje tonus, pri vysokom tonusu v odpovedi k podráždeniu dochádza k relaxácii, pretože nadmerné zvýšenie impulzov vedie k tomu, že každý ďalší impulz spadá do fázy refraktérnosti z predchádzajúceho.

17. Stavba a funkcia nervových vlákien. Mechanizmus excitácie

myelinizované a nemyelinizované nervové vlákna. Význam Ranvierových odpočúvaní.

Hlavnou funkciou axónov je vedenie impulzov, ktoré sa vyskytujú v neuróne. Axóny môžu byť pokryté myelínovým obalom (myelínové vlákna) alebo môžu byť zbavené (vlákna bez myelínu). Myelínové vlákna sú bežnejšie v motorických nervoch, zatiaľ čo vlákna bez myelínu prevládajú v autonómnom (autonómnom) nervovom systéme.

Samostatné myelinizované nervové vlákno pozostáva z axiálneho valca pokrytého myelínovou pošvou tvorenou Schwannovými bunkami. Axiálny valec má membránu a axoplazmu. Myelínová pošva je produktom činnosti Schwannovej bunky a pozostáva z 80 % lipidov s vysokou ohmickou odolnosťou a 20 % bielkovín.

Myelínová pošva nepokrýva axiálny valec súvislým krytom, ale je prerušená a ponecháva otvorené oblasti axiálneho valca, nazývané uzlové zachytenia (Ranvier interceptions). Dĺžka úsekov medzi týmito úsekmi je rôzna a závisí od hrúbky nervového vlákna: čím je hrubšie, tým väčšia je vzdialenosť medzi úsekmi (obr. 2.17).

Nervové vlákna bez myelínu sú pokryté iba Schwannovou pošvou.

Vedenie vzruchu vo vláknach bez myelínu sa líši od vedenia v myelínových vláknach v dôsledku odlišnej štruktúry membrán. V bezmyelínových vláknach vzruch postupne pokrýva priľahlé úseky membrány axiálneho valca a tak sa šíri až ku koncu axónu. Rýchlosť šírenia vzruchu pozdĺž vlákna je určená jeho priemerom.

V bezmyelínových nervových vláknach, kde metabolické procesy nezabezpečujú rýchlu kompenzáciu energetického výdaja na vzruch, postupuje šírenie tohto vzruchu s postupným zoslabovaním - s dekrementom. Dekrementálne vedenie vzruchu je charakteristické pre nízko organizovaný nervový systém.

U vyšších živočíchov, predovšetkým vďaka prítomnosti myelínovej pošvy a dokonalosti metabolizmu v nervovom vlákne, excitácia prechádza bez tlmenia, bez úbytku. To je uľahčené prítomnosťou rovnakého náboja po celej dĺžke membrány a jej rýchlym zotavením po prechode excitácie.

V myelínových vláknach excitácia pokrýva iba oblasti uzlových záchytov, to znamená, že obchádza oblasti pokryté myelínom. Toto vedenie vzruchu pozdĺž vlákna sa nazýva soľný (prerušovaný). V uzlových záchytoch dosahuje počet sodíkových kanálov 12 000 na 1 µm, čo je výrazne viac ako v ktorejkoľvek inej časti vlákna. Výsledkom je, že uzlové záchyty sú najviac excitabilné a poskytujú vysokú rýchlosť vedenia excitácie. Čas vedenia vzruchu pozdĺž myelínového vlákna je nepriamo úmerný dĺžke medzi prerušeniami.

Vedenie vzruchu pozdĺž nervového vlákna nie je dlhodobo (veľa hodín) narušené. To naznačuje nízku únavu nervového vlákna. Predpokladá sa, že nervové vlákno je relatívne neúnavné vďaka tomu, že procesy resyntézy energie v ňom prebiehajú dostatočne vysokou rýchlosťou a dokážu obnoviť plytvanie energiou, ku ktorému dochádza pri prechode vzrušenia.

V momente vzrušenia sa energia nervového vlákna vynakladá na prácu sodíkovo-draselnej pumpy. Obzvlášť veľké výdavky na energiu sa vyskytujú v záchytoch Ranvier kvôli vysokej hustote sodíkovo-draslíkových kanálov.

J. Erlanger a H. Gasser (1937) ako prví klasifikovali nervové vlákna ps podľa rýchlosti vzruchu. Rôznou rýchlosťou vedenia vzruchu po vláknach zmiešaného nervu ste pri použití extracelulárnej elektródy. Samostatne sa zaznamenávajú potenciály vlákien vedúcich budenie pri rôznych rýchlostiach (obr. 2.18).

V závislosti od rýchlosti budenia sa nervové vlákna delia na tri typy: A, B, C. Vlákna typu A sa zase delia do štyroch skupín: A α , A β , A γ , A δ . Najvyššiu rýchlosť vedenia (až 120 m / s) majú vlákna skupiny A α , ktorý je tvorený vláknami s priemerom 12-22 mikrónov. Ostatné vlákna majú menší priemer, a teda vedenie vzruchu cez ne prebieha pri nižšej rýchlosti (tabuľka 2.4).

Nervový kmeň je tvorený veľkým počtom vlákien, ale vzruchy idúce pozdĺž každého z nich sa neprenášajú na susedné. Táto vlastnosť vedenia vzruchu pozdĺž nervu sa nazýva zákon izolovaného vedenia vzruchu na samostatnom nervovom vlákne. Možnosť takéhoto konania má veľký fyziologický význam, pretože poskytuje napríklad izoláciu kontrakcie každej neuromotorickej jednotky.

Schopnosť nervového vlákna viesť vzruch izolovane je spôsobená prítomnosťou puzdier, ako aj skutočnosťou, že odpor tekutiny vypĺňajúcej medzivláknové priestory je oveľa nižší ako odpor membrány vlákna. Preto je prúd opúšťajúci excitované vlákno posunutý v kvapaline a ukáže sa ako slabý na excitáciu susedných vlákien. Nevyhnutnou podmienkou vedenia vzruchu v nerve je nielen jeho anatomická kontinuita, ale aj fyziologická celistvosť. V akomkoľvek kovovom vodiči bude prúdiť elektrický prúd, pokiaľ vodič zachováva fyzickú kontinuitu. Pre nervový "vodič" tento stav nestačí: nervové vlákno si musí zachovať aj fyziologickú integritu. Ak dôjde k porušeniu vlastností vláknitej membrány (bandážovanie, blokáda novokainom, amoniakom atď.), vedenie vzruchu pozdĺž vlákna sa zastaví. Ďalšou vlastnosťou charakteristickou pre vedenie vzruchu pozdĺž nervového vlákna je schopnosť vedenia obojstranne. Aplikácia podráždenia medzi dvoma elektródami na povrchu vlákna vytvorí elektrické potenciály pod každou z nich.

Tabuľka- Rýchlosť vedenia vzruchu pozdĺž nervových vlákien

Skupina vlákien	Priemer vlákna, μm	Rýchlosť vedenia, m / s

18. Zákony vedenia vzruchu pozdĺž nervov. Klasifikácia nervových vlákien. Rýchlosť vedenia vzruchu pozdĺž nervových vlákien, jeho vekové charakteristiky.

19. Štruktúra nervovo-svalovej synapsie. Mechanizmus prenosu vzruchu z nervu do svalu.Potenciál koncovej dosky, jeho vlastnosti.

Synapsie sú kontakty, ktoré vytvárajú neuróny ako nezávislé formácie. Synapsia je komplexná štruktúra a skladá sa z presynaptickej časti (koniec axónu, ktorý prenáša signál), synaptickej štrbiny a postsynaptickej časti (štruktúra prijímacej bunky).

Neuromuskulárne synapsie zabezpečujú vedenie vzruchu z nervového vlákna do svalového vďaka mediátoru acetylcholínu, ktorý pri excitácii nervových zakončení prechádza do synaptickej štrbiny a pôsobí na koncovú platničku svalového vlákna.

V presynaptickom zakončení sa tvorí acetylcholín, ktorý sa hromadí vo forme bublín. Pri excitácii elektrickým impulzom prechádzajúcim pozdĺž axónu, presynaptickej časti synapsie, sa jej membrána stáva priepustnou pre acetylcholín.

Táto permeabilita je možná vďaka tomu, že v dôsledku depolarizácie presynaptickej membrány sa otvoria jej vápnikové kanály. Ión Ca2 + vstupuje do presynaptickej časti synapsie zo synaptickej štrbiny. Acetylcholín sa uvoľňuje a vstupuje do synaptickej štrbiny. Tu interaguje so svojimi receptormi v postsynaptickej membráne patriacej do svalového vlákna. Keď sú excitované, receptory otvárajú proteínový kanál zabudovaný do lipidovej vrstvy membrány. Cez otvorený kanál prenikajú ióny Na + do svalovej bunky, čo vedie k depolarizácii membrány svalovej bunky, v dôsledku čoho sa vyvíja tzv. end-plate potential (EPP). Keďže tento potenciál je normálne vždy nad prahovou hodnotou, spôsobuje akčný potenciál, ktorý sa šíri pozdĺž svalového vlákna a spôsobuje kontrakciu. Potenciál koncovej platničky je krátky, pretože acetylcholín sa po prvé rýchlo oddeľuje od receptorov a po druhé sa AChE hydrolyzuje.

Nervovosvalová synapsia prenáša vzruch v jednom smere: z nervového zakončenia na postsynaptickú membránu svalového vlákna, čo je spôsobené prítomnosťou chemickej väzby v mechanizme nervovosvalového prenosu.

Rýchlosť vedenia vzruchu cez synapsiu je oveľa nižšia ako pozdĺž nervového vlákna, pretože čas sa tu strávi aktiváciou presynaptickej membrány, prechodom vápnika cez ňu, uvoľňovaním acetylcholínu do synaptickej štrbiny, depolarizáciou postsynaptickej membrány. a rozvoj EPP.

Vysvetľujúca poznámka

Navrhovaný výberový predmet obsahuje informácie o bunke - elementárnej jednotke živej prírody - a je určený pre študentov odborných tried, ktorí sa zaujímajú o cytológiu a biochémiu. Navrhovaný výberový predmet podporuje a prehlbuje základné poznatky z biológie. Štúdium výberového predmetu pomôže pri výbere ďalšieho vzdelávania a odbornej činnosti.

Predmet nadväzuje na vedomosti a zručnosti, ktoré študenti získali štúdiom biológie. V priebehu vyučovania sa od študentov očakáva, že získajú skúsenosti s vyhľadávaním informácií o navrhovaných otázkach. Študenti si zdokonaľujú zručnosti pri príprave esejí, správ, správ na vybranú tému a precvičujú si techniku ​​experimentu.

Výberový predmet je koncipovaný na 35 hodín.Program zabezpečuje štúdium teoretickej problematiky, semináre a laboratórne práce.

Účel kurzu: hĺbkové štúdium štruktúry a vlastností bunky, nevyhnutné pre komplexné pochopenie biologických faktov, javov a procesov.

Ciele kurzu: formovanie schopnosti identifikovať, odhaliť, využiť spojenie medzi štruktúrou a funkciou bunky pri zvažovaní biologických procesov a javov; upevnenie zručností a schopností potrebných pre prácu v laboratóriu; prilákanie študentov k samostatnej práci s doplnkovou literatúrou; stimulovanie kognitívnej aktivity študentov so záujmom o cytológiu a biochémiu; formovanie zručností a schopností komplexného chápania poznatkov v biológii.

Hlavná koncepcia kurzu: využitie integrovaného prístupu pri štúdiu organizmov na rôznych úrovniach organizácie, formovanie evolučného myslenia.

V dôsledku štúdia kurzu študenti by mali vedieť:

- mikroskopické zariadenie a spôsoby práce s ním;
- ustanovenia bunkovej teórie;
- podobnosti a rozdiely medzi rastlinnými a živočíšnymi bunkami;
- úloha rôznych chemických zlúčenín v bunke;
- hlavné zložky a organely bunky;
- štruktúrne znaky prokaryotických a eukaryotických buniek;
- metabolické poruchy bielkovín, sacharidov;
- hodnota jednotlivých minerálnych prvkov.

Študenti by mali byť schopní:

- práca s mikroskopom;
- pomenovať hlavné časti bunky, rozpoznať ich na schémach, fotografiách;
- robiť čo najjednoduchšie prípravky na mikroskopické vyšetrenie;
- správne usporiadať laboratórne práce;
- samostatne pracovať s doplnkovou literatúrou a využívať moderné technológie.

Článok vyšiel s podporou elektronického kurzu prípravy na skúšku z matematiky. Jednotná štátna skúška z matematiky, základná úroveň a úroveň profilu. Video prednášky, online prezentácie a pohodlné testy na prípravu na USE 2016. Rýchla a efektívna príprava na USE v matematike na prijatie na popredné univerzity v Rusku. Pozrite si podrobnejšie webovú stránku, ktorá sa nachádza na adrese: "skúška z matematiky.online".

Téma 1. Bunka: história štúdia (3 hodiny)

Lekcia číslo 1. Úvod do bunkovej cytológie. Bunka je kompletný systém. História štúdia buniek. Úlohy modernej cytológie.

Lekcia číslo 2 ... Vytvorenie bunkovej teórie. Metódy štúdia buniek. Paralelnosť vo vývoji mikroskopickej techniky a úroveň cytologického výskumu.

Lekcia číslo 3 . Laboratórna práca č.1."Mikroskopické zariadenie a mikroskopická technika".

Téma 2. Bunková chémia (8 h)

Lekcia číslo 1. Chemické prvky v zložení bunky. Vlastnosti chemického zloženia živých vecí. Ióny v bunke a tele. Obsah chemických zlúčenín v bunke. Úloha vody v živom systéme.

Lekcia číslo 2 ... Organické zlúčeniny. Chémia bielkovín. Proteíny sú koloidy, proteíny sú amfotérne elektrolyty, proteíny sú hydrofilné zlúčeniny.

Laboratórna práca č.2."Dôkaz biokatalytickej funkcie enzýmových proteínov."

Lekcia číslo 3 ... Esenciálne aminokyseliny. Patologické javy v neprítomnosti bielkovín v potravinách a porušenie metabolizmu bielkovín.

Lekcia číslo 4 . Laboratórna práca č.3."Detekcia proteínov v biologických objektoch".

Lekcia číslo 5 ... Sacharidy sú najrozšírenejšou organickou hmotou na Zemi. Vzťah medzi štruktúrou sacharidov a biologickými funkciami. Patológie spojené so zhoršeným metabolizmom uhľohydrátov v tele: hladina cukru v krvi za normálnych podmienok a pri patológiách, hyper- a hypoglykémia, diabetes mellitus.

Lekcia číslo 6 . Laboratórna práca č.4. Detekcia sacharidov v biologických objektoch.

Lekcia číslo 7 ... Lipidy. Úloha lipidov pri vzniku určitej autonómie takého biologického systému, akým je bunka.

Laboratórna práca č.5."Detekcia lipidov v biologických objektoch."

Lekcia číslo 8 ... Nukleové kyseliny. Model Watsona a Cricka.

Laboratórna práca č.6.„Izolácia deoxynukleoproteínu z tkaniva sleziny (pečene). Kvalitatívna reakcia na DNA “.

Téma 3. Všeobecný plán štruktúry bunky (10 hodín)

Lekcia číslo 1 ... Membrána. Moderný model štruktúry bunkovej membrány. Bunková stena, glykokalyx.

Lekcia číslo 2 ... Cytoskelet, jeho zložky a funkcie v rôznych typoch buniek.

Lekcia číslo 3 ... Membránový transport.

Lekcia číslo 4 ... Endocytóza a funkcia membránových receptorov.

Lekcie číslo 5-6 ... Membránové organely bunky.

Lekcie číslo 7-8. Nemembránové bunkové organely. Prokaryoty a eukaryoty. Živočíšne a rastlinné eukaryotické bunky.

Laboratórna práca č.7."Črty štruktúry prokaryotov a eukaryotov."

Lekcia číslo 9 . Laboratórna práca č.8."Fyziologické vlastnosti bunkovej membrány."

Lekcia číslo 10 ... Seminár. Perspektívy rozvoja membranológie.

Téma 4. Metabolizmus (6 h)

Lekcia číslo 1 ... Zdroje bunkovej energie. Heterotrofy a autotrofy.

Lekcia číslo 2 ... Mitochondrie sú elektrárne bunky. Schéma biosyntézy ATP.

Lekcia číslo 3 ... Mechanizmus fotosyntézy. Chemosyntéza.

Lekcia číslo 4 ... Biosyntéza bielkovín. Štruktúra génu. Prepis.

Lekcia číslo 5 ... Ribozómy. Typy a štruktúry ribozómov u prokaryotov a eukaryotov.

Lekcia číslo 6 ... Vysielanie. Regulácia transkripcie a prekladu. Epigenetické faktory.

Téma 5. Jadrový aparát a reprodukcia buniek (6 h)

Lekcia číslo 1 ... Pojem chromatínu. Jadro eukaryotickej bunky. karyoplazma.

Lekcia číslo 2 ... Životný cyklus bunky. Reprodukcia buniek.

Lekcia číslo 3 ... Koncept kmeňových buniek.

Lekcia číslo 4 ... Starnutie a smrť buniek. Nekróza a apoptóza. Rakovina.

Lekcia číslo 5 . Laboratórna práca č.9... "Mitóza v bunkách koreňov cibule."

Lekcia číslo 6 ... Seminár.

Téma 6. Bunková evolúcia (2 hodiny)

Lekcie číslo 1–2 ... Teória evolúcie prokaryotov a eukaryotov. Záverečná konferencia „Primárne štádiá biologickej evolúcie“.

Laboratórna práca č.1 "Prístroj svetelného mikroskopu a mikroskopická technika"

Účel práce: zvládnuť techniku ​​mikroskopovania a prípravu provizórnych mikroskopických preparátov na základe znalosti prístroja svetelného mikroskopu. Prečítajte si pravidlá pre návrh laboratórnych prác.

Vybavenie: mikroskop pre každého študenta. Podložné a krycie sklíčka, pipety, poháre na vodu, vata, filtračný papier, pinzeta, nožnice, zápisník, album. Schéma mikroskopického zariadenia a jeho častí.

Pokrok

Preskúmajte hlavné časti mikroskopu: mechanické, optické a svetelné.

Mechanická časť obsahuje: statív, stolík, trubicu, revolver, makro- a mikrometrické skrutky.

Optická časť mikroskopu je reprezentovaná okulárom a objektívmi. Okulár (lat. okulus- oko) sa nachádza v hornej časti trubice a smeruje do oka. Ide o systém šošoviek uzavretých v puzdre. Podľa čísla na hornej ploche okuláru je možné posúdiť faktor zväčšenia (× 7, × 10, × 15). V prípade potreby je možné okulár vybrať z tubusu a nahradiť ho iným. Na opačnej strane trubice je otočný tanier alebo revolver (lat. revolvo- otočiť), ktorý obsahuje otvory pre šošovky. Šošovka – sústava šošoviek, majú rôzne zväčšenie. Rozlišuje sa medzi šošovkou s malým zväčšením (× 8), šošovkou s veľkým zväčšením (× 40) a imerznou šošovkou na štúdium malých predmetov (× 90). Celkové zväčšenie mikroskopu sa rovná zväčšeniu okuláru vynásobenému zväčšením objektívu.

Svetelná časť pozostáva zo zrkadla, kondenzora a membrány.

Kondenzátor je umiestnený medzi zrkadlom a stolíkom. Má dve šošovky. Na pohyb kondenzátora sa používa špeciálna skrutka. Keď je kondenzátor znížený, osvetlenie sa znižuje, keď je zdvihnuté, zvyšuje sa. Zmenou polohy membránových dosiek pomocou špeciálneho gombíka môžete tiež nastaviť osvetlenie.

Cvičenie: načrtnite mikroskop a označte jeho časti.

Pravidlá pre prácu s mikroskopom

1. Mikroskop postavte statívom smerom k vám a stolíkom smerom od vás.

2. Šošovku s malým zväčšením dajte do pracovnej polohy.

3. Pozerajte sa cez okulár ľavým okom a otáčajte zrkadlom v rôznych smeroch, kým nebude zorné pole jasne a rovnomerne osvetlené.

4. Pripravený preparát položte na stolík (krycie sklíčko smerom nahor) tak, aby bol v strede otvoru stolíka.

5. Pod vizuálnou kontrolou (pozerajte sa nie do okuláru, ale zboku) pomaly spúšťajte tubus pomocou makroskrutky tak, aby bol objektív vo vzdialenosti 2 mm od preparátu.

6. Pri pohľade cez okulár pomaly zdvíhajte tubus, kým sa neobjaví obraz objektu.

7. Aby bolo možné pristúpiť k vyšetreniu objektu pri veľkom zväčšení mikroskopu, je potrebné preparát vycentrovať, tzn. umiestnite objekt do stredu zorného poľa.

8. Otáčaním revolvera presuňte objektív s veľkým zväčšením do pracovnej polohy.

9. Skúmavku spustite pod vizuálnou kontrolou, kým sa takmer nedotkne prípravku.

10. Pri pohľade cez okulár pomaly zdvíhajte tubus, kým sa nezobrazí obraz.

11. Na jemné zaostrenie použite mikroskopickú skrutku.

12. Pri skicovaní preparátu sa dívajte do okuláru ľavým okom.

Cvičenie: prepísať pravidlá práce s mikroskopom do zošita na laboratórne práce.

Dočasný spôsob prípravy

1. Vezmite mikroskopické sklíčko, držte ho za bočné okraje a položte ho na stôl.

2. Do stredu pohára umiestnite predmet, napríklad kúsky vaty dlhé 1,5 cm, pomocou pipety naneste na predmet jednu kvapku vody.

3. Na podložné sklíčko mikroskopu položte krycie sklíčko. Prebytočnú vodu odstráňte kúskom filtračného papiera.

4. Zvážte hotový výrobok.

5. Načrtnite do albumu, ako vyzerajú bavlnené vlákna pri malom a veľkom zväčšení.

Mikroskopické vyšetrenie prvokov

Z akvária, ktoré nebolo dlho čistené, vezmite kvapku spolu s vetvičkou rastliny alebo listom žaburinky a preskúmajte ju pod mikroskopom pri malom zväčšení. Zvyčajne sú viditeľné rôzne prvoky: nálevníky, papuče, améby - voľne žijúce a pripojené k riasam (suvoy). Vo vode sa môžu nachádzať aj mnohobunkové organizmy – drobné červy a kôrovce (cyklopy, dafnie). Pri pohľade na tento liek si môžete precvičiť mierenie mikroskopu na pohybujúce sa objekty.

Pravidlá projektovania laboratórnych prác

Nevyhnutným prvkom mikroskopického štúdia objektu je jeho načrtnutie do albumu. K tomu potrebujete mať album 21x30 cm a ceruzky (obyčajné aj farebné). Na zaznamenávanie textového materiálu a vytváranie diagramov je potrebný notebook.

1. Môžete kresliť iba na jednu stranu listu.

2. Pred začatím skicovania si v hornej časti stránky zapíšte názov témy.

3. Výkres by mal byť veľký, detaily sú jasne viditeľné.

4. Kresba musí správne zobrazovať tvar, pomer objemu a veľkosti jednotlivých častí a celku.

Najprv musíte nakresliť obrys objektu (veľký), potom vnútri - obrysy detailov a potom ich jasne nakresliť.

5. Nakreslite, jasne opakujte všetky čiary objektu. Aby ste to dosiahli, nemusíte odtrhnúť oči od mikroskopu, ale iba prepnúť svoju pozornosť z objektu na kresbu (treba sa to naučiť).

6. Pri každom obrázku je potrebné uviesť označenie dielov. Všetky štítky musia byť navzájom rovnobežné. Šípky sú umiestnené k jednotlivým častiam objektu, názov časti objektu je napísaný oproti každej.

Laboratórna práca č. 2. "Dôkaz biokatalytickej funkcie enzýmových proteínov"

Účel práce: dokázať katalytické pôsobenie enzýmových proteínov, preukázať ich vysokú špecifickosť, optimálnu aktivitu za fyziologických podmienok.

Vybavenie: stojan so skúmavkami, 1 ml pipety, vodný kúpeľ, termostat; 1% roztok škrobu, 1% roztok jódu v jodide draselnom, 5% roztok síranu meďnatého, 10% roztok hydroxidu sodného, ​​2% roztok sacharózy, 0,2% roztok kyseliny chlorovodíkovej, roztok slín zriedený vodou 5-krát (do 1 objemu slín pridajte 4 objemy vody).

Pokrok

1. Enzymatická hydrolýza škrobu

Slinná amyláza pôsobí ako enzým, ktorý hydrolyzuje škrob na jeho zložky (maltózu, glukózu). Výsledky experimentu sa hodnotia pomocou farebných reakcií - s jódom a Trommerovej reakcie (kvalitatívnej reakcie na glukózu). Nehydrolyzovaný škrob vytvára modrú škvrnu s jódom a negatívnu Trommerovu reakciu. Produkty hydrolýzy škrobu nereagujú s jódom, ale zafarbujú sa v Trommerovej reakcii.

Objemy možno merať v kvapkách: 1 kvapka je približne 0,2 ml.

1. Vezmite dve skúmavky (č. 1 a č. 2) a do každej pridajte 10 kvapiek 1% roztoku škrobu.

2. Do skúmavky č. 1 pridajte 4 kvapky vody (kontrola), obsah dôkladne premiešajte a skúmavku vložte na 20 minút do vodného kúpeľa alebo do termostatu s teplotou 37 °C.

3. Po 5 minútach pridajte 4 kvapky zriedeného slinného roztoku do skúmavky č.2 a vložte na 20 minút do termostatu,

4. Po inkubácii v termostate zo skúmavky č. 1 preneste 4 kvapky do 2 rôznych skúmaviek.

5. Pridajte 1 kvapku 1% roztoku jódu v jodide draselnom do jednej zo skúmaviek, do druhej - 1 kvapku 5% roztoku síranu meďnatého a 4 kvapky 10% roztoku hydroxidu sodného a túto skúmavku jemne zahrejte do varu.

6. To isté zopakujte s obsahom skúmavky č.2.

V prítomnosti vody nedochádza k hydrolýze škrobu a pri reakcii s jódom by sa malo objaviť modré sfarbenie škrobu a pri Trommerovej reakcii by mal roztok zostať modrý. Slinná amyláza hydrolyzuje škrob na glukózu: nedochádza k žiadnej reakcii s jódom a pri Trommerovej reakcii najskôr zožltne (tvorba CuOH) a potom tehlovočerveno (tvorba Cu (OH) 2).

2. Špecifickosť pôsobenia enzýmov

Každý enzým pôsobí iba na jednu látku alebo skupinu podobných substrátov. Je to spôsobené zhodou medzi štruktúrou enzýmu (jeho aktívne centrum) a štruktúrou substrátu. Napríklad amyláza pôsobí iba na škrob a sacharóza iba na sacharózu.

1. Príprava roztoku sacharázy. Vezmite 10 g čerstvého alebo 3 g suchého pekárskeho droždia, rozdrvte v porcelánovej mažiari so 6 ml destilovanej vody, pridajte 20 ml vody a prefiltrujte cez vatu (uchovávajte v chladničke).

2. Príprava roztoku amylázy. Odmerajte 50 ml destilovanej vody a vyplachujte si ňou ústa v 2-4 dávkach po dobu 3-5 minút. Zozbieraná kvapalina sa prefiltruje cez vatu a použije sa ako roztok amylázy.

3. Vezmite 4 skúmavky. Do skúmaviek č.1 a č.2 pridajte 10 kvapiek 1% roztoku škrobu. Do skúmaviek č.3 a č.4 pridajte 10 kvapiek 2% roztoku sacharózy. Do skúmaviek č.1 a č.3 pridajte 5 kvapiek roztoku amylázy. Do skúmaviek č. 2 a č. 4 pridajte 5 kvapiek roztoku sacharázy. Miešajte a udržiavajte v termostate pri teplote 38–40 ° C počas 15 minút.

S obsahom všetkých štyroch skúmaviek vykonajte reakcie s jódom a Trommerom. Vyplňte tabuľku.

Tabuľka. Stanovenie špecifickosti pôsobenia enzýmu

V záveroch je potrebné uviesť, v ktorej skúmavke a za akých podmienok bolo pôsobenie enzýmu zistené a prečo.

3. Vplyv pH média na aktivitu enzýmov

Pre každý enzým existuje určitá hodnota reakcie prostredia, pri ktorej vykazuje maximálnu aktivitu. Zmena pH média spôsobuje zníženie alebo úplnú inhibíciu aktivity enzýmu.

Pridajte 1 ml destilovanej vody do 8 skúmaviek. Do skúmavky č. 1 pridajte 1 ml 0,2 % roztoku kyseliny chlorovodíkovej, premiešajte. Zo skúmavky č. 1 odoberte 1 ml zmesi a preneste do skúmavky č. 2, premiešajte, preneste 1 ml do skúmavky č. 3 atď. Zo skúmavky č. 8 odoberte 1 ml a zlikvidujte. Získame médiá s rôznymi hodnotami pH. Hodnoty pH je možné kontrolovať pomocou pH metra alebo univerzálneho indikátorového papierika.

Do každej skúmavky pridajte 2 ml 1 % roztoku škrobu a 1 ml roztoku amylázy (pozri vyššie). Skúmavky pretrepte a vložte do termostatu na 37 ° C počas 15 min.

Po ochladení pridajte jednu kvapku 1% roztoku jódu v jodide draselnom do všetkých skúmaviek. K úplnej hydrolýze dôjde v skúmavkách č. 5 a č. 6, kde pH média roztoku je v rozmedzí 6,8–7,2, tzn. za podmienok optimálnych pre pôsobenie amylázy.

Laboratórna práca č. 3. "Detekcia bielkovín v biologických objektoch"

Účel práce: dokázať prítomnosť bielkovín v biologických objektoch.

Vybavenie: stojan na skúmavky, pipeta, vodný kúpeľ, kvapkadlo; roztok vaječného bielka; 10 % roztok NaOH, 1 % roztok síranu meďnatého, 0,5 % vodný roztok ninhydrínu; kyselina dusičná (koncentrovaná).

Pokrok

1. Biuretova reakcia na stanovenie peptidových väzieb.

Metóda je založená na schopnosti peptidovej väzby v alkalickom prostredí vytvárať farebné komplexné zlúčeniny so síranom meďnatým.

Pridajte 5 kvapiek 10% roztoku vaječného bielka do skúmavky (proteín sa prefiltruje cez gázu, potom zriedi destilovanou vodou 1:10), tri kvapky 10% roztoku hydroxidu sodného a 1 kvapku 1% síranu meďnatého roztoku a premiešajte.

Obsah skúmavky sa zmení na modrofialový.

2. Ninhydrínová reakcia.

Proteíny, polypeptidy a voľné aminokyseliny dodávajú s ninhydrínom modrú alebo fialovú farbu.

Pridajte 5 kvapiek 10% roztoku vaječného bielka do skúmavky, pridajte 5 kvapiek 0,5% vodného roztoku ninhydrínu a zahrejte. Po 2-3 minútach sa vytvorí ružové alebo modrofialové sfarbenie.

3. Xantoproteínová reakcia (gr. xantos- žltá). Pomocou tejto reakcie sa v proteíne nachádzajú aminokyseliny obsahujúce benzénové kruhy (tryptofán, tyrozín atď.).

Do skúmavky pridajte 5 kvapiek 10% roztoku vaječného bielka, pridajte 3 kvapky koncentrovanej kyseliny dusičnej (opatrne) a zahrejte. Po ochladení pridajte do skúmavky 5-10 kvapiek 10% roztoku hydroxidu sodného, ​​kým sa neobjaví oranžové sfarbenie (súvisí s tvorbou sodnej soli cyklických nitrozlúčenín).

Kryštály v rastlinných bunkách

Laboratórna práca č. 4. "Detekcia sacharidov v biologických objektoch"

Účel práce: dokázať prítomnosť sacharidov v biologických objektoch.

Vybavenie: stojan so skúmavkami; pipety, vodný kúpeľ; 1% roztok škrobu, 1% roztok sacharózy, 1% roztok fruktózy, 1% roztok jódu (v roztoku jodidu draselného); 1% alkoholový roztok naftolu, 1% alkoholový roztok tymolu; kyselina sírová (koncentrovaná); Selivanovovo činidlo (0,5 g rezorcinolu v 100 ml 20% kyseliny chlorovodíkovej).

Pokrok

1. Detekcia škrobu.

Do skúmavky pridajte 10 kvapiek 1% roztoku škrobu a jednu kvapku 1% roztoku jódu v jodide draselnom. Obsah skúmavky sa zmení na modrofialový.

2. Detekcia sacharidov.

Reakciou s naftolom alebo tymolom sa v komplexných zlúčeninách nachádzajú malé množstvá sacharidov alebo sacharidových zložiek.

Pridajte 10 kvapiek 1% roztoku sacharózy do dvoch skúmaviek. Do jednej skúmavky pridajte 3 kvapky 1% alkoholového roztoku naftolu. V ďalšej skúmavke - 3 kvapky 1% alkoholového roztoku tymolu. Do oboch nalejte (opatrne) 0,5 ml koncentrovanej kyseliny sírovej a na hranici oboch kvapalín pozorujte fialové sfarbenie v skúmavke s naftolom a červené v skúmavke s tymolom.

3. Detekcia fruktózy (Selivanovova reakcia).

Fruktóza po zahriatí s kyselinou chlorovodíkovou a rezorcinolom dáva čerešňovo-červenú farbu.

Do skúmavky nalejte 10 kvapiek Selivanovovho činidla, 2 kvapky 1% roztoku fruktózy a jemne zahrejte. Pozoruje sa červená farba.

Laboratórna práca č. 5. "Detekcia lipidov v biologických objektoch"

Účel práce: dokázať prítomnosť lipidov v biologických objektoch.

Vybavenie: stojan so skúmavkami, vodný kúpeľ, pipeta, sklenené poháre, tyčinky, gáza; žĺtok kuracieho vajca, 1% roztok cholesterolu v chloroforme; koncentrovaná kyselina sírová, acetón.

Pokrok

1. Detekcia lecitínu.

Lecitín patrí do skupiny fosfolipidov, je súčasťou bunkových membrán, tvorí väčšinu mozgového tkaniva. Lecitín sa nerozpúšťa vo vode a acetóne, ale dobre sa rozpúšťa v etylalkohole, éteri a chloroforme.

Vložte časť žĺtka z kuracieho vajca do pohára. Za stáleho miešania vareškou pridávame po kvapkách horúci etylalkohol (v množstve 80 ml na celý žĺtok). Alkohol zahrievajte iba vo vodnom kúpeli! Keď sa roztok ochladí, prefiltrujte ho do suchej banky. Filtrát by mal byť číry. Musíte to ihneď použiť.

Do suchej skúmavky pridajte 10 kvapiek acetónu a po kvapkách pridajte alkoholový roztok lecitínu. Vytvorí sa biela zrazenina.

2. Detekcia cholesterolu.

Cholesterol je látka podobná tuku, ktorá má pre telo veľký význam. Vstupuje do membrán mnohých orgánov a tkanív, je prekurzorom žlčových kyselín, vitamínu D, pohlavných hormónov, hormónov kôry nadobličiek. Salkovského reakcia je založená na skutočnosti, že pôsobením koncentrovanej kyseliny sírovej dochádza k dehydratácii cholesterolu za vzniku cholesterylénu, ktorý má červenú farbu.

Do suchej skúmavky pridajte 15–20 kvapiek 1% chloroformového roztoku cholesterolu a (opatrne) pridajte 0,5 ml koncentrovanej kyseliny sírovej pozdĺž steny nádobky. Na hranici kvapalín sa objaví červený krúžok.

Laboratórna práca č. 6. „Izolácia deoxynukleoproteínu z tkaniva sleziny (pečene). Kvalitatívna reakcia DNA"

Účel práce: dokázať, že nukleové kyseliny sú vo veľkých množstvách obsiahnuté vo forme zlúčenín s proteínmi (deoxynukleoproteíny - DNP) v tkanivách bohatých na jadrá (slezina, týmus, pečeň atď.).

Vybavenie: stojan so skúmavkami, mažiar s tĺčikom, sklenený prášok alebo premytý piesok, kryštalizátor, odmerné valce 50 ml a 300 ml, pipety s objemom 1 ml, drevené tyčinky so zárezmi, vodný kúpeľ, gáza na filtrovanie; 5 % roztok chloridu sodného (obsahujúci 0,04 % trisubstituovaného fosforečnanu), 0,4 % roztok hydroxidu sodného; difenylamínové činidlo; slezina (pečeň) čerstvá alebo mrazená Kvasinková RNA, čerstvo pripravený 0,1% roztok.

Pokrok

1. Izolácia deoxynukleoproteínu (DNP) z tkaniva sleziny (pečene).

Metóda je založená na schopnosti DNP rozpúšťať sa v soľných roztokoch s vysokou iónovou silou a vyzrážať sa, keď ich koncentrácia klesá.

V mažiari s malým množstvom skleneného prášku dôkladne rozdrvte 2-3 g tkaniva, postupne pridajte roztok chloridu sodného po častiach 10-15 ml (celkovo sa spotrebuje asi 40 ml roztoku) počas 12-15 minút.

Výsledný viskózny roztok prefiltrujte cez dve vrstvy gázy do kryštalizátora. Pomocou valca odmerajte šesťnásobok (vzhľadom na filtrát) objemu destilovanej vody a pomaly miešajte drevenou vareškou a nalejte do filtrátu. Vytvorené nite DNP sa navinú na palicu, po ktorej sa môžu preniesť do skúmavky na ďalšie použitie.

2. Kvalitatívna reakcia na DNA.

Metóda je založená na schopnosti deoxyribózy, ktorá je obsiahnutá v DNA deoxyribonukleoproteínov, vytvárať modré zlúčeniny s difenylamínom pri zahrievaní v médiu obsahujúcom zmes ľadovej kyseliny octovej a koncentrovanej kyseliny sírovej. S ribózovou RNA dáva podobné činidlo zelenú farbu.

Príprava difenylamínového činidla: 1 g difenylamínu sa rozpustí v 100 ml ľadovej kyseliny octovej, k roztoku sa pridá 2,75 ml koncentrovanej kyseliny sírovej.

Pridajte 1 ml 0,4 % roztoku hydroxidu sodného do 1/4 sedimentu DNP (do rozpustenia). Pridajte 0,5 ml difenylamínového činidla. Obsah skúmavky premiešajte a vložte do vriaceho vodného kúpeľa na 15–20 minút. Všimnite si charakteristické sfarbenie.

Laboratórna práca č. 7. "Znaky štruktúry buniek prokaryotov a eukaryotov"

Účel práce: na základe štúdia buniek baktérií (prokaryotov), ​​rastlín a zvierat (eukaryotov) objaviť hlavné črty podobnosti v štruktúre baktérií, zvierat a rastlín ako indikátor jednoty organizácie živých foriem.

Vybavenie: mikroskop; sklíčka a krycie sklíčka; Pipety, poháre na vodu, pinzety, skalpely, roztok jódu, vodný roztok atramentu; fuchsín, roztok metylénovej modrej, kúsky mäsa, ryby alebo vaječný bielok, cibuľa; tabuľka štruktúry bakteriálnych, rastlinných a živočíšnych buniek.

Pokrok

1. Vopred pripravte infúzie z rôznych produktov: mäso, ryby, vaječný bielok.

Rozdrvte malé množstvo hmoty a vložte do banky, pridajte kriedu na špičku skalpelu. Zalejte 2/3 objemu vodou. Banku s nálevom udržujte v teple (na tmavom mieste) 3-5 dní. Počas tejto doby sa v prostredí nahromadí veľa rôznych baktérií.

2. Položte kvapku infúzie na podložné sklo. Zvážte liek pomocou šošovky × 40, ale môžete skúsiť a × 90 (dočasný liek sa pripravuje podľa pravidiel opísaných v predchádzajúcej práci).

3. Pridajte kvapku maskary. Na všeobecnom pozadí sú bakteriálne bunky nezafarbené.

4. Načrtnite bunky baktérií.

5. Pripravte si dočasný prípravok rastlinnej bunky. Jadrá v nezafarbených bunkách nie sú viditeľné.

Oddeľte mäsité šupiny od kúska cibule. Na vnútornej strane je tenký film, ktorý je potrebné odstrániť a odrezať. Na podložné sklíčko položte kúsok filmu, napipetujte roztok jódu, nakvapkajte na film, prikryte krycím sklom.

Môžete si pripraviť prípravok z listu elodea, v ktorom sú viditeľné chloroplasty - zelené plastidy.

6. Preskúmajte prípravok pri malom zväčšení. Veľké zaoblené jadrá v bunkách sú sfarbené jódom do žlta.

7. Preneste mikroskop na veľké zväčšenie a nájdite bunkovú stenu. V jadre možno vidieť 1–2 jadierka, niekedy je viditeľná zrnitá štruktúra cytoplazmy. Nezafarbené dutiny v cytoplazme buniek sú vakuoly.

8. Načrtnite niekoľko buniek. Označte: obal, cytoplazmu, jadro, vakuoly (ak sú viditeľné).

9. Na hotovom prípravku preskúmajte živočíšne bunky, načrtnite. Obrázok by mal označovať: škrupina, cytoplazma, jadro.

10. Vykonajte spoločnú diskusiu. Aké ustanovenia bunkovej teórie môžu byť potvrdené výsledkami tejto práce?

Laboratórna práca č. 8. "Fyziologické vlastnosti bunkovej membrány"

Účel práce: ukázať, že bunková membrána má selektívnu permeabilitu, demonštrovať úlohu membrány v procese fagocytózy a pinocytózy a tiež sa oboznámiť s plazmolýzou bunky - procesom oddeľovania protoplastu (bunkového obsahu) od bunkové steny.

Vybavenie: mikroskopy, krycie sklíčka a sklíčka, skalpely, pitevné ihly, filtračný papier, pipety, atrament; kultúra nálevníkov alebo améb, tkanivová kultúra na živnom médiu, kúsky listov elodea; roztoky: chlorid draselný, chlorid vápenatý, chlorid horečnatý,
2% roztok albumínu, 10% roztok chloridu sodného; destilovaná voda.

Pokrok

1. Nálevníky, améby alebo kúsky kultivovaného tkaniva vložte do 10 % roztoku chloridu sodného alebo draselného. Pripravte si prípravok na mikroskop. Je možné pozorovať zmršťovanie buniek, čo naznačuje priepustnosť bunkovej membrány. V tomto prípade sa voda z bunky uvoľňuje do okolia.

2. Preneste bunky do kvapky destilovanej vody alebo odsajte roztok spod krycieho skla pomocou filtračného papiera a nahraďte ho destilovanou vodou. Pozorujte, ako bunky napučiavajú, pretože dostávajú vodu.

3. Návaly alebo kúsky kultivovaného tkaniva vložte do roztoku chloridu vápenatého alebo chloridu horečnatého s nízkou koncentráciou. Ciliates a kultivované bunky naďalej žijú. Ióny vápnika a horčíka znižujú priepustnosť bunkovej membrány. Pohyb vody cez škrupinu nenastáva.

4. Vložte améby do kvapky 2% roztoku albumínu (bielko z kuracieho vajca). Pripravte si prípravok na mikroskop. Po chvíli sa na povrchu améb vytvárajú bubliny, výčnelky, tubuly. Človek má dojem, že povrch améb „vrie“. To je sprevádzané intenzívnym pohybom tekutiny na povrchu membrány. Kvapalné kvapky sú obklopené cytoplazmatickými výbežkami, ktoré sa potom uzavrú. Pinocytické vezikuly sa niekedy objavia náhle. To naznačuje, že kvapôčky kvapaliny spolu s látkami rozpustenými v nej sa rýchlo zachytávajú. Pinocytózu spôsobujú látky, ktoré znižujú povrchové napätie bunkovej membrány. Napríklad aminokyseliny, niektoré soli.

Do kvapky tekutiny obsahujúcej amébu pridajte trochu maskary. Pripravte liek. Po chvíli sa améby začnú pomaly pohybovať smerom k zrnám jatočného tela a uvoľňujú pseudopódie (pseudopódy). Zrná jatočného tela sú pripevnené k povrchu pseudopódií, obklopené nimi a po chvíli sú ponorené do cytoplazmy. Pod mikroskopom sa pozoruje fenomén fagocytózy v amébe.

Literatúra pre učiteľa

1. Welsh U., Storch F.Úvod do cytológie. Preklad z nej. - M.: Mir, 1986.
2. A.A. Zavarzin atď. Bunková biológia. - SPb .: Vydavateľstvo SPbSU, 1992.
3. Swenson K., Webster P.- M.: Mir, 1982.
4. Jahňacie M. Biológia starnutia. - M.: Mir, 1980.
5. A.A. Markosjan Fyziológia. - M .: Medicína, 1968.
6. Lieberman E.A.
7. Ermolaev M.V. Biologická chémia. - M .: Medicína, 1984.
8.Ruvinsky A.O. Všeobecná biológia. - M .: Vzdelávanie, 1993.

Literatúra pre študentov

1. Green N., Stout W., Taylor D. Biológia. V 3 zväzkoch - M .: Mir, 1993.
2. De Duve K. Cesta do sveta živej bunky. - M.: Mir, 1982.
3. Lieberman E.A.Živá bunka. - M.: Mir, 1987.
4. Kemp P., Arms K.Úvod do biológie. - M.: Mir, 1988.

Úvod 2

1.Kľúčové fakty o štruktúre bunkovej membrány 3

2. Všeobecné pojmy priepustnosti 4

3. Transport molekúl cez membránu 4

3.1. Difúzia 5

3.2 Fickova rovnica 6

3.3 Pasívna preprava 7

3.3.1 Rozdiely medzi uľahčenou a jednoduchou difúziou 8

4. Darcyho zákon 8

5. Aktívna doprava 9

6. Štruktúra a funkcia iónových kanálov 11

Záver 15

Referencie 17

ÚVOD

Membránový transport je transport látok cez bunkovú membránu do bunky alebo z bunky, uskutočňovaný pomocou rôznych mechanizmov – jednoduchá difúzia, uľahčená difúzia a aktívny transport.

Najdôležitejšou vlastnosťou biologickej membrány je jej schopnosť prepúšťať rôzne látky do bunky a von z nej. To má veľký význam pre samoreguláciu a udržanie konštantného zloženia buniek. Táto funkcia bunkovej membrány sa vykonáva vďaka selektívnej permeabilite, t.j. schopnosť prechádzať niektorými látkami a neprechádzať inými. Najľahšie prechádzajú lipidovou dvojvrstvou nepolárne molekuly s nízkou molekulovou hmotnosťou (kyslík, dusík, benzén). Malé polárne molekuly, ako je oxid uhličitý, oxid dusnatý, voda a močovina, prenikajú cez lipidovú dvojvrstvu pomerne rýchlo. Etanol a glycerol, ako aj steroidy a hormóny štítnej žľazy prechádzajú značnou rýchlosťou cez lipidovú dvojvrstvu. Pre väčšie polárne molekuly (glukóza, aminokyseliny), ako aj pre ióny je lipidová dvojvrstva prakticky nepriepustná, keďže jej vnútorná časť je hydrofóbna. Takže pre vodu je koeficient priepustnosti (cm / s) asi 10-2, pre glycerín - 10-5, pre glukózu - 10-7 a pre monovalentné ióny - menej ako 10-10.

Prenos veľkých polárnych molekúl a iónov je spôsobený kanálovými proteínmi alebo nosnými proteínmi. Takže v membránach buniek sú kanály pre ióny sodíka, draslíka a chlóru, v membránach mnohých buniek sú vodné kanály akvaporínov, ako aj nosné proteíny pre glukózu, rôzne skupiny aminokyselín a veľa iónov. Aktívna a pasívna doprava.

Membrány tvoria štruktúru bunky a vykonávajú jej funkcie. Dysfunkcia bunkových a intracelulárnych membrán je základom nezvratného poškodenia buniek a v dôsledku toho rozvoja ťažkých ochorení kardiovaskulárneho, nervového a endokrinného systému.

1. Základné fakty o stavbe bunkovej membrány.

Medzi bunkové membrány patrí plazmolema, karyolema, mitochondriálne membrány, EPS, Golgiho aparát, lyzozómy, peroxizómy. Spoločným znakom všetkých bunkových membrán je, že ide o tenké (6-10 nm) vrstvy lipoproteínovej povahy (lipidy v komplexe s proteínmi). Hlavnými chemickými zložkami bunkových membrán sú lipidy (40 %) a proteíny (60 %); okrem toho sa sacharidy nachádzajú v mnohých membránach (5-10%).

Plazmatická membrána obklopuje každú bunku, určuje jej veľkosť a zabezpečuje zachovanie rozdielu medzi obsahom bunky a vonkajším prostredím. Membrána slúži ako vysoko selektívny filter a je zodpovedná za aktívny transport látok, čiže vstup živín do bunky a odvod škodlivých odpadových látok von. Nakoniec, membrána je zodpovedná za vnímanie vonkajších signálov, umožňuje bunke reagovať na vonkajšie zmeny. Všetky biologické membrány sú súbory lipidových a proteínových molekúl držaných pohromade nekovalentnými interakciami.

Základ každej molekulárnej membrány tvoria molekuly lipidov, ktoré tvoria dvojvrstvu. Lipidy zahŕňajú veľkú skupinu organických látok so zlou rozpustnosťou vo vode (hydrofóbnosť) a dobrou rozpustnosťou v organických rozpúšťadlách a tukoch (lipofilita). Zloženie lipidov v rôznych membránach nie je rovnaké. Plazmatická membrána je napríklad na rozdiel od membrán endoplazmatického retikula a mitochondrií obohatená o cholesterol. Typickými predstaviteľmi lipidov nachádzajúcich sa v bunkových membránach sú fosfolipidy (glycerofosfatidy), sfingomyelíny a zo steroidných lipidov cholesterol.

Znakom lipidov je oddelenie ich molekúl na dve funkčne odlišné časti: hydrofóbne, nepolárne, bez náboja ("chvosty"), pozostávajúce z mastných kyselín, a hydrofilné, nabité polárne "hlavy". To určuje schopnosť lipidov spontánne vytvárať dvojvrstvové (bilipidové) membránové štruktúry s hrúbkou 5-7 nm.

Prvé experimenty, ktoré to potvrdili, sa uskutočnili v roku 1925.

Tvorba dvojvrstvy je špeciálna vlastnosť molekúl lipidov a je realizovaná aj mimo bunky. Najdôležitejšie vlastnosti dvojvrstvy: schopnosť samozostavy - tekutosť - asymetria.

2. Všeobecné pojmy priepustnosti.

Charakterizácia membrán, cievnych stien a epiteliálnych buniek, odrážajúca schopnosť viesť chemikálie; rozlišovať aktívny (aktívny transport látok) a pasívny P. (fagocytóza A pinocytóza ); pasívne a (v niektorých prípadoch) aktívne P. (veľké molekuly) sú opatrené membránovými pórmi, P. pre nízkomolekulové látky (napríklad ióny) sú opatrené špecifickými membránovými štruktúrami za účasti nosných molekúl.

3. Transport molekúl cez membránu.

Pretože vnútro lipidovej vrstvy je hydrofóbne, tvorí prakticky nepreniknuteľnú bariéru pre väčšinu polárnych molekúl. Prítomnosťou tejto bariéry je zabránené úniku obsahu bunky, avšak kvôli tomu bola bunka nútená vytvoriť špeciálne mechanizmy na transport látok rozpustných vo vode cez membránu. Prenos malých molekúl rozpustných vo vode sa uskutočňuje pomocou špeciálnych transportných proteínov. Ide o špeciálne transmembránové proteíny, z ktorých každý je zodpovedný za transport špecifických molekúl alebo skupín príbuzných molekúl.

V bunkách existujú aj mechanizmy na prenos makromolekúl (proteínov) a dokonca aj veľkých častíc cez membránu. Proces absorpcie makromolekúl bunkou sa nazýva endocytóza. Vo všeobecnosti je mechanizmus jeho priebehu nasledujúci: lokálne oblasti plazmatickej membrány sa invaginujú a uzavrú, čím sa vytvorí endocytická vezikula, potom absorbovaná častica zvyčajne vstúpi do lyzozómu a podlieha degradácii.

3.1 Difúzia (lat. diffusio - šírenie, šírenie, rozptyl) - proces prenosu hmoty alebo energie z oblasti s vysokou koncentráciou do oblasti s nízkou koncentráciou (proti koncentračnému gradientu). Najznámejším príkladom difúzie je miešanie plynov alebo kvapalín (ak sa atrament kvapne do vody, kvapalina sa po chvíli rovnomerne zafarbí). Ďalší príklad súvisí s pevným telesom: ak je jeden koniec tyče zahrievaný alebo elektricky nabitý, teplo (alebo podľa toho elektrický prúd) sa šíri z horúcej (nabitej) časti do studenej (nenabitej) časti. V prípade kovovej tyče sa tepelná difúzia vyvíja rýchlo a prúd tečie takmer okamžite. Ak je tyč vyrobená zo syntetického materiálu, tepelná difúzia je pomalá a difúzia elektricky nabitých častíc je veľmi pomalá. Difúzia molekúl je vo všeobecnosti ešte pomalšia. Napríklad, ak kocka cukru klesne na dno pohára vody a voda sa nemieša, prejde niekoľko týždňov, kým sa roztok stane homogénnym. Difúzia jednej pevnej látky do druhej prebieha ešte pomalšie. Ak je meď napríklad potiahnutá zlatom, tak dôjde k difúzii zlata do medi, no za normálnych podmienok (izbová teplota a atmosférický tlak) dosiahne zlatonosná vrstva hrúbku niekoľkých mikrometrov až po niekoľkých tisíckach rokov.

Všetky typy difúzie sa riadia rovnakými zákonmi. Rýchlosť difúzie je úmerná ploche prierezu vzorky, ako aj rozdielu koncentrácií, teplôt alebo nábojov (v prípade relatívne malých hodnôt týchto parametrov). Teplo sa teda bude šíriť štyrikrát rýchlejšie cez tyč s priemerom dva centimetre ako cez tyč s priemerom jedného centimetra. Toto teplo sa bude šíriť rýchlejšie, ak je rozdiel teplôt na centimeter 10 °C namiesto 5 °C. Rýchlosť difúzie je tiež úmerná parametru charakterizujúcemu konkrétny materiál. V prípade tepelnej difúzie sa tento parameter nazýva tepelná vodivosť, v prípade toku elektrických nábojov - elektrická vodivosť. Množstvo hmoty, ktoré difunduje za daný čas, a vzdialenosť, ktorú difundujúca hmota prejde, sú úmerné druhej odmocnine času difúzie.

Difúzia je proces na molekulárnej úrovni a je určený náhodným charakterom pohybu jednotlivých molekúl. Rýchlosť difúzie je teda úmerná priemernej molekulovej rýchlosti. V prípade plynov je priemerná rýchlosť malých molekúl vyššia, konkrétne je nepriamo úmerná druhej odmocnine molekulovej hmotnosti a zvyšuje sa so zvyšujúcou sa teplotou. V praxi sa často využívajú difúzne procesy v pevných látkach pri vysokých teplotách. Napríklad niektoré typy katódových trubíc (CRT) používajú kovové tórium difundované cez kovový volfrám pri 2000 °C.

3.2 Fickova rovnica

Vo väčšine praktických prípadov sa namiesto chemického potenciálu používa koncentrácia C. Priame nahradenie µ za C sa stáva nesprávnym v prípade vysokých koncentrácií, pretože chemický potenciál súvisí s koncentráciou podľa logaritmického zákona. Ak takéto prípady nezohľadňujete, vyššie uvedený vzorec možno nahradiť nasledujúcim:

čo ukazuje, že hustota toku látky J je úmerná difúznemu koeficientu D a koncentračnému gradientu. Táto rovnica vyjadruje prvý Fickov zákon (Adolf Fick je nemecký fyziológ, ktorý v roku 1855 stanovil zákony difúzie). Druhý Fickov zákon spája priestorové a časové zmeny koncentrácie (difúzna rovnica):

Difúzny koeficient D je závislý od teploty. V niektorých prípadoch, v širokom rozsahu teplôt, je táto závislosť Arrheniovou rovnicou.

Difúzne procesy majú v prírode veľký význam:

Výživa, dýchanie zvierat a rastlín;

Prenikanie kyslíka z krvi do ľudského tkaniva.

3.3 Pasívna preprava

Pasívny transport je prenos látok z miest s vysokou hodnotou elektrochemického potenciálu do miest s nižšou hodnotou.

Pri pokusoch s umelými lipidovými dvojvrstvami sa zistilo, že čím je molekula menšia a čím menej tvorí vodíkové väzby, tým rýchlejšie difunduje cez membránu. Takže čím je molekula menšia a čím je rozpustnejšia v tukoch (hydrofóbna alebo nepolárna), tým rýchlejšie prenikne cez membránu. Difúziu látok cez lipidovú dvojvrstvu spôsobuje koncentračný gradient v membráne. Cez lipidové a proteínové póry prenikajú cez membránu molekuly látok nerozpustných v lipidoch a vo vode rozpustné hydratované ióny (obklopené molekulami vody). Malé nepolárne molekuly sú ľahko rozpustné a rýchlo difundujú. Nenabité polárne molekuly malých rozmerov sú tiež rozpustné a difúzne.

Je dôležité, aby voda veľmi rýchlo prenikla do lipidovej dvojvrstvy, napriek tomu, že je relatívne nerozpustná v tukoch. Je to spôsobené tým, že jeho molekula je malá a elektricky neutrálna.

Osmóza je prevládajúci pohyb molekúl vody cez polopriepustné membrány (nepriepustné pre rozpustenú látku a priepustné pre vodu) z miest s nižšou koncentráciou rozpustenej látky do miest s vyššou koncentráciou. Osmóza je v podstate jednoduchá difúzia vody z miest s vyššou koncentráciou vody do miest s nižšou koncentráciou vody. Osmóza hrá dôležitú úlohu v mnohých biologických javoch. Fenomén osmózy spôsobuje hemolýzu erytrocytov v hypotonických roztokoch.

Takže membrány môžu prechádzať vodou a nepolárne molekuly jednoduchou difúziou.

3.3.1 Rozdiely medzi uľahčenou a jednoduchou difúziou:

1) prenos látky za účasti nosiča prebieha oveľa rýchlejšie;

2) uľahčená difúzia má vlastnosť saturácie: so zvýšením koncentrácie na jednej strane membrány sa hustota toku látky zvyšuje len do určitej hranice, keď sú už obsadené všetky molekuly nosiča;

3) s uľahčenou difúziou dochádza ku konkurencii prenášaných látok v prípadoch, keď sú prenášané rôzne látky; zároveň sú niektoré látky lepšie tolerované ako iné a pridanie niektorých látok sťažuje transport iných; takže z cukrov je glukóza lepšie tolerovaná ako fruktóza, fruktóza je lepšia ako xylóza a xylóza je lepšia ako arabinóza a. atď .;

4) existujú látky, ktoré blokujú uľahčenú difúziu - tvoria silný komplex s molekulami nosiča, napríklad floridzin inhibuje transport cukrov cez biologickú membránu.

4 Darcyho zákon

Darcyho zákon (Henri Darcy, 1856) - zákon o filtrácii kvapalín a plynov v poréznom médiu. Získané experimentálne. Vyjadruje závislosť rýchlosti filtrácie tekutiny od tlakového gradientu:

kde: - rýchlosť filtrácie, K - koeficient filtrácie, - gradient tlaku. Darcyho zákon je spojený s niekoľkými systémami merania. Médium s priepustnosťou 1 Darcy (D) umožňuje prúdenie 1 cm³/s kvapaliny alebo plynu s viskozitou 1 cn (mPa · s) pri tlakovom gradiente 1 atm/cm, pričom pôsobí na plochu 1 cm². 1 milidarcy (mD) sa rovná 0,001 Darcy.

V jednotkách SI sa 1 Darcy rovná 9,869233 × 10-13 m² alebo 0,9869233 µm². Táto konverzia je zvyčajne približne 1 µm². Je potrebné poznamenať, že toto číslo, prevrátené k 1,013250, je prevodný faktor z atmosfér na bary.

Transport cez lipidovú dvojvrstvu (jednoduchá difúzia) a transport za účasti membránových proteínov

5. Aktívna doprava

Iné nosné proteíny (niekedy nazývané pump proteíny) transportujú látky cez membránu s vynaložením energie, ktorá sa zvyčajne dodáva pri hydrolýze ATP. Tento typ transportu sa uskutočňuje proti koncentračnému gradientu prepravovanej látky a nazýva sa aktívny transport.

Symport, antiport a uniport

Membránový transport látok sa líši aj smerom ich pohybu a množstvom látok nesených týmto nosičom:

1) Uniport - transport jednej látky jedným smerom v závislosti od gradientu

2) Symport - preprava dvoch látok jedným smerom cez jeden nosič.

3) Antiport - pohyb dvoch látok v rôznych smeroch cez jeden nosič.

Uniport implementuje napríklad napäťovo závislý sodíkový kanál, cez ktorý sa sodné ióny presúvajú do bunky počas vytvárania akčného potenciálu.

Symptóm je prenášaný glukózovým transportérom umiestneným na vonkajšej strane (smerujúcej do lúmenu čreva) buniek črevného epitelu. Tento proteín súčasne zachytáva molekulu glukózy a sodíkový ión a zmenou konformácie prenáša obe látky do bunky. To využíva energiu elektrochemického gradientu, ktorý sa naopak vytvára hydrolýzou ATP sodno-draslíkovou ATPázou.

Antiport sa uskutočňuje napríklad sodno-draslíkovou ATPázou (alebo sodíkovo závislou ATPázou). Prenáša draselné ióny do bunky. a z bunky - ióny sodíka.

Práca sodno-draselnej ATPázy ako príklad antiportu a aktívneho transportu

Spočiatku tento nosič pripojí tri ióny Na + na vnútornú stranu membrány. Tieto ióny menia konformáciu aktívneho centra ATPázy. Po takejto aktivácii je ATPáza schopná hydrolyzovať jednu molekulu ATP a fosfátový ión sa fixuje na povrch nosiča z vnútornej strany membrány.

Uvoľnená energia sa vynakladá na zmenu konformácie ATPázy, po ktorej sa na vonkajšej strane membrány objavia tri ióny Na + a ión (fosfát). Tu sa ióny Na + odštiepia a nahradia dvoma iónmi K +. Potom sa konformácia nosiča zmení na pôvodnú a na vnútornej strane membrány sa objavia ióny K +. Tu sa ióny K + odštiepia a nosič je opäť pripravený na prácu.

Účinok ATPázy možno stručnejšie opísať takto:

1) "Vezme" tri ióny Na + z vnútra bunky, potom rozloží molekulu ATP a pripojí k sebe fosfát

2) "Vytlačí" ióny Na + a pridá dva ióny K + z vonkajšieho prostredia.

3) Uvoľňuje fosfát, vrhá dva ióny K + do bunky

V dôsledku toho sa v extracelulárnom prostredí vytvára vysoká koncentrácia iónov Na + a vo vnútri bunky sa vytvára vysoká koncentrácia K +. Práca Na +, K + - ATPázy vytvára nielen koncentračný rozdiel, ale aj rozdiel náboja (funguje ako elektrogénna pumpa). Na vonkajšej strane membrány sa vytvára kladný náboj a vo vnútri záporný náboj.

6. Štruktúra a funkcia iónových kanálov.

Model excitabilnej membrány predpokladá regulovaný transport iónov draslíka a sodíka cez membránu. Priamy prechod iónu cez lipidovú dvojvrstvu je však veľmi ťažký, preto by hustota toku iónov bola veľmi nízka, ak by ión prechádzal priamo cez lipidovú fázu membrány. Toto a množstvo ďalších úvah dali dôvod domnievať sa, že membrána musí obsahovať nejaké špeciálne štruktúry – vodivé ióny.

Takéto štruktúry boli nájdené a pomenované iónové kanály. Takéto kanály sú izolované z rôznych objektov: plazmatická membrána buniek, postsynaptická membrána svalových buniek a iné objekty. Známe sú aj antibiotické iónové kanály.

Základné vlastnosti iónových kanálov:

1) selektivita;

2) nezávislosť práce jednotlivých kanálov;

3) diskrétna povaha vodivosti;

4) závislosť parametrov kanála od membránového potenciálu.

Uvažujme ich v poradí.

1. Selektivita je schopnosť iónových kanálov selektívne prenášať ióny akéhokoľvek typu.

Už pri prvých pokusoch na axóne chobotnice sa zistilo, že ióny sodíka a draslíka majú rozdielne účinky na membránový potenciál. Draselné ióny menia pokojový potenciál a sodné ióny menia akčný potenciál.

Merania ukázali, že iónové kanály sú absolútne selektívne voči katiónom (katiónovo selektívne kanály) alebo voči aniónom (aniónovo selektívne kanály). Súčasne môžu cez katiónovo selektívne kanály prechádzať rôzne katióny rôznych chemických prvkov, ale vodivosť membrány pre minoritný ión a tým aj prúd cez ňu bude výrazne nižší, napr. sodíkový kanál, prúd draslíka cez neho bude 20-krát menší. Schopnosť iónového kanála prechádzať rôznymi iónmi sa nazýva relatívna selektivita a je charakterizovaná sériou selektivity - pomerom vodivosti kanála pre rôzne ióny odobraté pri rovnakej koncentrácii.

2. Nezávislosť práce jednotlivých kanálov. Prechod prúdu cez jeden iónový kanál nezávisí od toho, či prúd preteká cez iné kanály. Napríklad draslíkové kanály možno zapnúť alebo vypnúť, ale prúd cez sodíkové kanály sa nemení. Vplyv kanálov na seba sa vyskytuje nepriamo: zmena priepustnosti akýchkoľvek kanálov (napríklad sodíka) mení membránový potenciál a už ovplyvňuje vodivosť iných iónových kanálov.

3. Diskrétny charakter vodivosti iónového kanála. Iónové kanály sú podjednotkový komplex proteínov, ktoré prenikajú cez membránu. V jeho strede je trubica, cez ktorú môžu prechádzať ióny.

Počet iónových kanálov na 1 μm povrchu membrány bol stanovený pomocou rádioaktívne označeného blokátora sodíkových kanálov, tetrodotoxínu. Je známe, že jedna molekula TTX sa viaže len na jeden kanál. Potom meranie rádioaktivity vzorky so známou plochou umožnilo ukázať, že na 1 μm axónu chobotnice je asi 500 sodíkových kanálov. Prvýkrát to bolo objavené v roku 1962 pri štúdiách vodivosti dvojvrstvových lipidových membrán (BLM), keď sa do roztoku, ktorý premýva membránu, pridali mikromnožstvá určitej látky, ktorá vyvoláva excitáciu. Na BLM sa aplikovalo konštantné napätie a zaznamenával sa prúd. Záznam prúdu v čase mal podobu skokov medzi dvoma vodivými stavmi.

Výsledky experimentov uskutočnených na rôznych iónových kanáloch ukázali, že vodivosť iónového kanála je diskrétna a môže byť v dvoch stavoch: otvorený alebo zatvorený. Prúdové rázy sú spôsobené súčasným otvorením 2 alebo 3 kanálov. Prechody medzi stavmi iónového kanála sa vyskytujú v náhodných časoch a riadia sa štatistickými zákonmi. Nedá sa povedať, že tento iónový kanál sa otvorí presne v tomto okamihu. Dá sa povedať len o pravdepodobnosti otvorenia kanála v určitom časovom intervale.

Iónové kanály opisujú charakteristickú životnosť otvorených a zatvorených stavov.

4. Závislosť parametrov kanála od membránového potenciálu. Iónové kanály nervových vlákien sú citlivé na membránový potenciál, napríklad sodíkové a draselné kanály axónu chobotnice. To sa prejavuje v skutočnosti, že po nástupe depolarizácie membrány sa zodpovedajúce prúdy začnú meniť s jednou alebo druhou kinetikou. V jazyku „iónových kanálov“ tento proces prebieha nasledovne. Iónovo selektívny kanál má tzv

„Senzor“ je určitým prvkom jeho konštrukcie, ktorý je citlivý na pôsobenie elektrického poľa (pozri obrázok). Pri zmene membránového potenciálu sa mení veľkosť sily, ktorá na ňu pôsobí, v dôsledku čoho sa táto časť iónového kanála pohybuje a mení pravdepodobnosť otvorenia alebo zatvorenia „brán“ – akýchsi tlmičov pôsobiacich podľa „všetkých resp. nič“ zákon.

Štruktúra iónového kanála

Iónovo selektívny kanál pozostáva z nasledujúcich častí proteínovej časti ponorenej do dvojvrstvy so štruktúrou podjednotky; selektívny filter tvorený záporne nabitými atómami kyslíka, ktoré sú pevne umiestnené v určitej vzdialenosti od seba a umožňujú prechod iónov iba určitého priemeru; časť brány.

"Brána" iónového kanála je riadená membránovým potenciálom a môže byť v uzavretom stave (prerušovaná čiara) aj v otvorenom stave (plná čiara). Normálna poloha brány sodíkového kanála je zatvorená. Vplyvom elektrického poľa sa zvyšuje pravdepodobnosť otvoreného stavu, brána sa otvorí a tok hydratovaných iónov je schopný prejsť cez selektívny filter.

Ak ión "zapadne" do priemeru, potom odhodí hydratačný obal a skĺzne na druhú stranu iónového kanála. Ak má ión príliš veľký priemer, ako napríklad tetraetylamónium, nemôže prejsť cez filter a nemôže prejsť cez membránu. Ak je naopak ión príliš malý, potom má ťažkosti v selektívnom filtri, tentoraz spojené s ťažkosťami pri odstraňovaní jeho hydratačného obalu. Pre „vhodný“ ión je odhodená voda nahradená väzbami s atómami kyslíka umiestnenými vo filtri, pre „nevhodný“ ión je horšia stérická korešpondencia. Preto je preňho ťažšie prejsť cez filter a vodivosť kanála je pre neho nižšia.

Blokátory iónových kanálov ním buď nemôžu prejsť a uviaznu vo filtri, alebo ak ide o veľké molekuly ako TTX, stericky zodpovedajú akémukoľvek vstupu do kanála. Keďže blokátory nesú kladný náboj, ich nabitá časť je vtiahnutá do kanála k selektívnemu filtru ako obyčajný katión a makromolekula ho upchá.

Zmeny v elektrických vlastnostiach excitovateľných biomembrán sa teda uskutočňujú pomocou iónových kanálov. Sú to proteínové makromolekuly, ktoré prenikajú lipidovou dvojvrstvou, ktorá môže byť v niekoľkých diskrétnych stavoch. Vlastnosti kanálov selektívnych pre ióny draslíka, sodíka a vápnika môžu rôzne závisieť od membránového potenciálu, ktorý určuje dynamiku akčného potenciálu v membráne, ako aj od rozdielov v takýchto potenciáloch v membránach rôznych buniek.

Záver

Cez lipidovú dvojvrstvu môže prejsť akákoľvek molekula, ale rýchlosť pasívnej difúzie látok, t.j. Prechod látky z oblasti s vyššou koncentráciou do oblasti s nižšou môže byť veľmi odlišný. Niektorým molekulám to trvá tak dlho, že môžeme hovoriť o ich praktickej nepriepustnosti pre lipidovú dvojvrstvu membrány. Rýchlosť difúzie látok cez membránu závisí najmä od veľkosti molekúl a ich relatívnej rozpustnosti v tukoch.

Malé nepolárne molekuly ako O2, steroidy, hormóny štítnej žľazy a mastné kyseliny prechádzajú najľahšie jednoduchou difúziou cez lipidovú membránu. Malé polárne nenabité molekuly - CO2, NH3, H2O, etanol, močovina - tiež difundujú dosť vysokou rýchlosťou. Difúzia glycerolu je oveľa pomalšia a glukóza prakticky nemôže sama prejsť cez membránu. Pre všetky nabité molekuly, bez ohľadu na ich veľkosť, je lipidová membrána nepriepustná.

Transport takýchto molekúl je možný vďaka prítomnosti buď proteínov v membránach, ktoré tvoria kanály (póry) v lipidovej vrstve naplnenej vodou, cez ktoré môžu látky určitej veľkosti prechádzať jednoduchou difúziou, alebo špecifických nosných proteínov, ktoré selektívne interagujú. s určitými ligandami, uľahčiť ich prenos cez membránu (uľahčená difúzia).

Okrem pasívneho transportu látok sú v bunkách proteíny, ktoré aktívne pumpujú určité látky rozpustené vo vode proti ich spádu, t.j. z nižšej koncentrácie na väčšiu. Tento proces, nazývaný aktívny transport, sa vždy uskutočňuje pomocou nosných bielkovín a prebieha s výdajom energie.

Vonkajšia časť kanála je relatívne prístupná na štúdium, štúdium vnútornej časti predstavuje značné ťažkosti. P. G. Kostyuk vyvinul metódu intracelulárnej dialýzy, ktorá umožňuje študovať funkciu vstupných a výstupných štruktúr iónových kanálov bez použitia mikroelektród. Ukázalo sa, že časť iónového kanála otvorená do extracelulárneho priestoru sa svojimi funkčnými vlastnosťami líši od časti kanála smerujúcej do vnútrobunkového prostredia.

Sú to iónové kanály, ktoré poskytujú dve dôležité vlastnosti membrány: selektivitu a vodivosť.

Selektivita alebo selektivita kanála je zabezpečená jeho špeciálnou proteínovou štruktúrou. Väčšina kanálov je riadená elektricky, t.j. ich schopnosť viesť ióny závisí od hodnoty membránového potenciálu. Kanál je heterogénny vo svojich funkčných charakteristikách, najmä pre proteínové štruktúry umiestnené na vstupe do kanála a na jeho výstupe (tzv. hradlové mechanizmy).

Fickova rovnica

Znamienko „-“ ukazuje, že celková hustota toku látky počas difúzie smeruje k poklesu hustoty, D je koeficient difúzie. Vzorec ukazuje, že hustota toku látky J je úmerná difúznemu koeficientu D a koncentračnému gradientu. Táto rovnica vyjadruje prvý Fickov zákon (Adolf Fick je nemecký fyziológ, ktorý v roku 1855 stanovil zákony difúzie).

Iónovo selektívny kanál pozostáva z nasledujúcich častí proteínovej časti ponorenej do dvojvrstvy so štruktúrou podjednotky; selektívny filter tvorený záporne nabitými atómami kyslíka, ktoré sú pevne umiestnené v určitej vzdialenosti od seba a umožňujú prechod iónov iba určitého priemeru; časť brány. Sú to iónové kanály, ktoré poskytujú dve dôležité vlastnosti membrány: selektivitu a vodivosť. Vápnikové kanály hrajú zásadnú úlohu v srdcových bunkách.

Bibliografia

2. Yu, I. Afanasyev, N. A. Yurina, EF Kotovsky a ďalší Histológia. M.

4. Filipovič Yu.B. Základy biochémie. M., Vyššia škola, 1985 Difúzia

5. Basniev KS, Kochina NI, Maksimov MV Podzemná hydromechanika. // M .: Nedra, 1993, s. 41-43

6. Gennis R. Biomembrány. Molekulárna štruktúra a funkcia. M., Mir, 1997

Účel práce: ukazujú, že bunková membrána má selektívnu permeabilitu. Ukážte úlohu membrány v procese fagocytózy a pinocytózy.

Vybavenie: mikroskopy, krycie sklíčka a sklíčka, skalpely, pitevné ihly, poháre na vodu a roztoky, filtračný papier, pipety, atrament. Kultúra nálevníkov, améb, listov elodea. roztoky NaCl alebo KCl, roztoky CaCl alebo MgCl, 2% roztok albumínu, 10% roztok NaCl, destilovaná voda.

Pokrok:

1. Nálevníky vložte do slabého roztoku NaCl alebo KCl. Pripravte mikroskopické sklíčko. Je možné pozorovať zmršťovanie buniek, čo naznačuje priepustnosť bunkovej steny. V tomto prípade sa voda z bunky uvoľňuje do okolia. Preneste bunky do kvapky destilovanej vody alebo vytiahnite roztok spod krycieho sklíčka pomocou filtračného papiera a nahraďte ho destilovanou vodou. Pozorujte, ako bunky napučiavajú v dôsledku vniknutia vody do nich.

Umiestnite nálevníky do roztoku CaCl alebo MgCl s nízkou koncentráciou (rovnakého ako predchádzajúci roztok). Nálevníky naďalej žijú, nie sú pozorované žiadne deformácie. Ióny Ca a Mg znižujú priepustnosť bunkovej membrány, na rozdiel od iónov Na a K. Voda sa cez membránu nepohybuje.

2. Vložte améby do kvapky 2% roztoku albumínu (bielko z kuracieho vajca). Pripravte mikroskopické sklíčko. Po chvíli sa na povrchu améb začnú vytvárať bubliny, výčnelky, tubuly. Človek má dojem, že povrch améb „vrie“. To je sprevádzané intenzívnym pohybom tekutiny na povrchu membrány. Kvapalné bubliny sú obklopené cytoplazmatickými výbežkami. Ktoré sa potom zatvoria. Pinocytické vezikuly sa niekedy objavia náhle, čo naznačuje rýchle zachytenie kvapôčky kvapaliny spolu s látkou v nej rozpustnou.

Vložte améby do cukrového roztoku. Neexistuje žiadna pinocytóza. Pinocytózu spôsobujú iba látky, ktoré znižujú povrchové napätie bunkovej membrány, napríklad aminokyseliny, niektoré soli. Do kvapky tekutiny obsahujúcej amébu pridajte trochu jemne namletej maskary. Pripravte mikroskopické sklíčko. Po chvíli sa améby začnú pomaly pohybovať smerom k zrnám jatočného tela a uvoľňujú pseudopódie. Zrnká jatočného tela sa prichytia na povrch pseudopódií, potom ich pomaly obklopia a po chvíli sa ponoria do cytoplazmy. Pozorujte fenomén fagocytózy v amébe pod mikroskopom.

3. V cytoplazme buniek Elodea je vidieť veľa zelených okrúhlych oválnych teliesok - sú to chloroplasty. Preskúmajte bunky v blízkosti centrálnej žily listu. Môžu detekovať pohyb cytoplazmy a plastidov pozdĺž stien. Ak je pohyb nepostrehnuteľný, zohrejte liek pod elektrickou lampou.

4. Načrtnite všetko, čo ste videli na diapozitívoch. Diskutujte o procesoch, ktoré ste videli v skupinách, pokúste sa ich vysvetliť.