Окружающая среда. Равновесное (безжизненное) состояние

1.

ЖИЗНЬ =
неравновесное
состояние
< 10 нм
ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА
Равновесное (безжизненное) состояние

2.

Функции клеточной мембраны:

3.

1. Барьерная

4.

2. Управление обменом веществ
Ненужное

5.

3. Генерация электрических сигналов
0 0
i

6.

Молекула липида:
← гидрофильная головка
← гидрофобные хвосты
Амфифильность (дифильность) свойств
молекул фосфолипида

7.

«Сэндвич» - модель строения мембран
Поверхностные белки
0
0
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
Поверхностные белки

8.

Жидкомозаичная модель строения мембран
Поверхностный
канал»
«Ионный
Погруженный
П/погруженный
Липидная матрица + различно погруженные белки

9.

Пассивный транспорт веществ через мембрану
(нейтральных молекул и ионов)
Антиградиентный самопроизвольный процесс
без энергетических затрат

10.

Простая диффузия
K
i
40
K
0
Очень
медленный процесс
Na
0
15
Na
i

11.

Уравнение Нернста – Планка:
J N
Градиент
концентрации
(химического
потенциала)
dc ZFc d
D
dx
RT
dx
Градиент
электрического
потенциала
= Градиент электрохимического потенциала

12.

Диффузия через канал (пору)
Белки и
липиды
Селективность
для разных ионов
Пора
Ускорение процесса

13.

Облегченная диффузия
Диффундирующая
молекула
Растворимый в липидах
комплекс
Молекула переносчика
(ионофора)

14.

Активный транспорт – градиентный
энергозатратный процесс
Классический пример: натрий – калиевый насос:
K
i
grad K
2K
K
i
K
0
Д
Na
i
grad Na
3Na
Na
i
Na
0

15.

K
i
K
0
K
i
K A
K
0
JK
K
0
K
0

16.

i
K A
0
K
K A
i
K A
0
JK A

17.

i
K
K
i
K
i
JK

18.

Натрий – калиевый насос обеспечивает:
1. Различие концентраций ионов внутри и вне клетки
2. Возникновение потенциала покоя между
цитоплазмой и межклеточной жидкостью
(электрогенен)
Локализован в клеточной мембране

19.

Кальциевый насос:
1. Действует в мышечных клетках,
располагается в мембранах саркоплазматического
ретикулума.
2. Транспортирует внутрь цистерн
ретикулума два иона кальция при гидролизе
одной молекулы АТФ.
3. Понижает концентрацию Са2+ в
саркоплазме и обеспечивает нормальную
работу мышечных белков.
Неэлектрогенен.

20.

Протонный насос:
1. Действует в митохондриях и обеспечивает
процессы клеточного дыхания.
2. Синтезирует АТФ за счет энергии
трансмембранного переноса ионов Н+ против их
их градиентов, возникающих при работе дыхательной
цепи митохондрий
Электрогенен

21.

Основной вклад:
K ; Na ; Cl
J J K J Na J Cl
Уравнение Гольдмана – Ходжкина – Катца:
PK K PNa Na PCl Cl
RT
i
i
0
M
ln
F
PK K PNa Na PCl Cl
0
0
i

22.

PK : PNa : PCl 1: 0,04 : 0,45
M 60 10 3 B

23.

Стационарное состояние покоя мембраны:
i
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Электрическая аналогия:
0
CM
RM
PK ; PNa ; PCl

24.

При возбуждении изменяется разность
потенциалов между клеткой и окружающей средой:
i 0 i var
0
Возникает и распространяется потенциал действия –
скачок потенциала

25.

φi, мВ
30
Потенциал действия
0
t
Возбуждение
Порог
возбуждения
M 60
Потенциал покоя Следовые потенциалы

26.

Принцип «все или ничего»:
Мембрана клетки возбудимой ткани
либо не отвечает на стимул,
либо отвечает с максимальным откликом
Амплитуда потенциала действия не зависит
от порогового стимула при условии:
φс ≥ φпорог
Потенциал возбуждения =
= потенциал действия – потенциал покоя

27.

φi, мВ
0
1
2
3
4
t
PNa
PK
t

28.

φi, мВ
0
3
2
4
t
PNa
J Na
J Na
J Na
JK
J Na J K 0
МКЖ
JK
JK
Цитоплазма
J Na
JK
J Na
JK
J Na J K 0

29.

Распространение возбуждения
Возбужденный участок
Соседний
невозбужденный участок
(-)
(-)
(-)
(-)
(-) (+)
(+)
(+)
(+)
(+)
(+)
(+)
(+)
(+)
(+) (-)
(-)
(-)
(-)
(-)
I BO 3

30.

31.

v 20 30
v=f
r
м
с

32.

Перехват Ранвье
Миелиновая оболочка
v 100 140
м
с

33.

Общие выводы:
1. Мембраны одновременно изолируют клетку
от окружающей среды и обеспечивают
обмен веществ между клеткой и средой
2. Обмен веществ осуществляется механизмами
пассивного и активного транспорта
3. Вследствие действия этих механизмов
клетка находится в неравновесном состоянии
с окружающей средой

34.

4. Различия проницаемостей мембран для
различных ионов определяет потенциал
покоя клетки и проведение возбуждения