Нервная ткань. Семинар 1

1.

СЕМИНАР № 1

2.

3.

4.

5.

6.

7.

План
1. Нервная ткань
2. Ионные каналы
3. Возбудимость и проводимость нервной
ткани. Потенциал покоя, потенциал
действия
4. Строение нервных волокон.
5. Дополнительная информация для понимания статьи.
6. Самостоятельное изучение статьи:
«Калиевые каналы как перспективное средство для генной терапии
эпилепсии»

8.

•Общий план строения нервной системы человека.
•Нейроны. Особенности строения, классификация.
•Глиальные клетки. Функции, классификация.
•Строение и типы нервных волокон. Миелинизация.
•Механизм передачи возбуждения в нейроне. Потенциал действия.
•Ионные каналы и насосы мембраны нейрона. Потенциал покоя.
•Система желудочков мозга. Спинномозговая жидкость.
•Синапс. Структура и механизм работы.
•Оболочки головного и спинного мозга.
•Структурный обзор конечного мозга.
•Базальные ганглии, строение и функции.
•Структурный обзор промежуточного мозга.
•Структурный обзор среднего мозга.
•Лимбическая система мозга человека.
•Структурный обзор заднего мозга.
•Мозжечок, строение и функции.
•Структурный обзор продолговатого мозга.
•Форма, положение, основные отделы спинного мозга.
•Черепно-мозговые нервы.
•Сенсорные, моторные и ассоциативные отделы коры.
•Гипоталамус, гипофиз. Строение, регуляторные функции.
•Анатомические изменения при нейродегенеративных заболеваниях. Болезни Альцгеймера и Паркинсона.
•Нейропротезирование. Общий обзор.

9.

10.

11.

12.

Астроциты- самые крупные из
глиальных клеток
Встречаются во всех отделах н.с.
Имеют овальное светлое ядро,
цитоплазму и умеренно развитые
важнейшие органоиды,
многочисленные гранулы
гликогена , промежуточные
филаменты
( цитоскелет), которые из тела
клетки проникают в отростки. На
концах отростках имеются
«ножки»-пластинчатые
расширения, которые
соединяются друг с другом и
ввиде мембран окружают сосуды
и нейроны.
Характеризуются выраженной
фагоцитарной активностью.

13.

Эпендимоциты
выстилают межоболочные пространства мозга, сосудистые сплетения.
Ядра темные. Выполняют барьерную и фиксирующую функции.

14.

15.

Олигодендроциты

16.

• Олигодендроцит
• Наматывает свою
мембрану вокруг
нескольких аксонов,
образуя
многослойную
миелиновую оболочку

17.

Строение миелинового нервного
волокна
• Аксон погружается в
шванновскую клетку.
• Аксон не контактирует с
цитоплазмой , а погружается в
углубления ее мембраны, ее
края смыкаются и мембрана
наматывается на аксон в виде
спирали.
• Миелин представляет собой
фосфолипидные слои
мембраны шванновских
клеток с минимальным
включением белков.

18.

19.

Безмиелиновые нервные волокна
• Входят в состав
вегетативной н.с.
• В строении принимают
участие осевые
цилиндры нескольких
волокон (10-20) Ядро
шванновской клетки
располагается в центре,
а плазмалемма
сближается над
цилиндром, образуя
мезаксон (брыжейку).

20.

21.

КАК РАБОТАЕТ НЕЙРОН
• Главное, что лежит в основе работы нейрона — это
перемещение электрических зарядов через его мембрану
и появление вследствие этого на мембране электрических
потенциалов. Можно сказать, что нейрон, готовясь к своей
нервной работе, вначале запасает энергию в электрической
форме, а затем использует ее в процессе проведения
и передачи нервного возбуждения.
• В н. с. электрические заряды создаются не электронами, как в
металлических проводах, а ионами, имеющими
электрический заряд.
• Таким образом, наш самый первый шаг к изучению работы
нервной системы — это понять, каким образом появляется
электрический потенциал на мембране нервных клеток.

22.

Зачем необходимо знать
биопотенциалы?
• Биопотенциалы – это поток ионов.
• Это электрический ток в живой клетке.

23.

Биопотенциалы
• Мембранный
потенциал покоя
МПП
• Мембранный
потенциал действия
МПД

24.

25.

Классификация ионных каналов
По активации:
а)потенциал-зависимые
б) лиганд-зависимые
в) механоактивируемые
По селективности:
а) селективные Na, K, Cа, Cl
б) неселективные
По кинетике:
а) быстрые Na открываются мгновенно и остаются открытыми в
среднем в течение 1 мс. Их активация сопровождается
быстрым лавинообразным возрастанием проницаемости
канала для определенных ионов.
б) медленные К

26.

Лиганд-активируемые каналы
Лигандзависимые ионные каналы открываются (активируются) при
взаимодействии пептидной (рецепторной) цепи белковой молекулы с лигандом
— веществом, к которому рецептор имеет высокое сродство.Лигандзависимые
ионные каналы обычно локализованы в постсинаптических
мембранах нервных клеток и их отростков,
А) отвечающие на внеклеточные
стимулы
Включают каналы, чувствительные к
нейромедиаторам ( ацетилхолин,
ГАМК, глутамат)и принимающие
участие в передаче информации в
синапсах.
Б) Активируются с цитоплазматической
стороны, чувствительны к
изменению концентрации
специфических ионов и
внутриклеточных лигандов.
Например Са-активируемые
КАЛИЕВЫЕ КАНАЛЫ ( активируются
при локальном повышении
внутриклеточной концентрации Са
ВК каналы в статье- это каналы большой
проводимости.

27.

Строение потенциал зависимых
каналов Натрия
Желтая – А-створка - m-ворота
активационная реагирует на
изменение заряда внутри
нейрона.
Положительные заряды-это заряды
аминокислот ( аргинин, лизин),
входящие в состав петли белкаканала

28.

Потенциал зависимый натриевый
канал
• Инактивационная
створка И-створка или
H- ворота служит для
закрытия натриевых
каналов

29.

30.

Состав калиевого канала
• Калиевые каналы функционируют как поры, заполненные водой и
катализируют селективный и быстрый транспорт ионов Калия.
• 1. Комплекс из 4 идентичных - субъединиц, каждая из которых
участвует в образовании поры.

31.

Структура калиевого канала
2. Селективный фильтр, который
пропускает только Калий и
катализирует процесс дигидратации
ионов. ( ионы Калия, находящиеся в
растворе гидротированы, т.е
окружены молекулами воды. Для
того, чтобы ионы Калия могли
проникнуть в узкий селективный
фильтр, они должны от этих молекул
освободиться.
Селективный фильтр представляет
собой эволюционно консервативную
структуру.
• 3. Механизм ворот
PS. Сайты- это функциональные
центры

32.

Ионная ассиметрия
• Калиевых каналов утечки на
мембране больше, чем
Натриевых. Положительно
заряженные ионы Калия
уходят из клетки и внутренняя
поверхность мембраны
становится отрицательной, а
наружная поверхность
положительной. Анионы
органические (фосфаты)не
могут выйти из клетки т.к.
связаны с АТФ и крупными
белками.

33.

Мембранный потенциал покоя
в состоянии покоя на внутренней стороне мембраны
скапливается отрицательный заряд
• М П П- это разность
(зарядов)потенциалов
между наружной и
внутренней поверхностью
мембраны.
• Электрический ток - это
стремление
положительных зарядов в
сторону отрицательных.

34.

Величина МПП
• В н. с. электрические заряды создаются
ионами, имеющими электрический заряд.
• Электрический ток – это поток ионов.
• НЕРВ
- 70 мВ
• СКЕЛЕТНАЯ МЫШЦА - 80 мВ
• МИОКАРД
- 90 мВ

35.

36.

Регистрация МПП
• Внутриклеточная
регистрация- микро
электороды проникают в
клетку через канал.
( положительные заряды
идут в сторону
отрицательных в
замкнутом пространстве,
ток есть)
Внеклеточной регистрации
МПП не происходит.
Положительный заряд
отталкивается от
положительного

37.

Транспорт ионов
• Пассивный
• По градиенту
концентраций
• Соотношение ионов
Калия внутри и
снаружи клетки 50/1
• Т.е внутри клетки калия в 50
раз больше.
• А НАТРИЯ в 10 раз больше
снаружи, чем в клетке.
• НЕ требует затрат энергии.
• Активный
• Против градиента
концентрации и
требует затрат
энергии
АТФаза.

38.

Концентрационные градиенты калия
снаружи и внутри клетки.
Выход калия зависит от градиента концентрации
Количество К
1к
Количество К
70К
Уменьшилось
увеличилось
50К=0
Концентрац
ия
увеличилась
050КК
Концентрация Калия увеличилась,
Т.е увеличился градиент
Чем больше Калия выходит из клетки,
Тем больше МПП
Во внеклеточной среде конц. Калия
Уменьшилась и МПП увеличился.
40К
Концентр
уменьшил
ась
Выход Калия уменьшился
МПП стал меньше
При увеличении конц. Калия
Во внеклеточной среде
МПП уменьшается

39.

Механизм МПП
в состоянии покоя калиевые каналы открыты и калий выходит
по градиенту и скапливается на наружной поверхности
мембраны.
• В это время натриевые каналы закрыты.
• ПРАВИЛО
• Движение ионов зависит от концентрационного градиента
• Если концентрация калия в клетке увеличивается, тем больше
ионов будет выходить, тем больше МПП
• Если концентрация ионов калия становится меньше в клетке,
то выход калия уменьшается и МПП уменьшается.
• Чем больше концентрационный градиент по иону Калия, тем
больше Калия будет выходить из клетки.

40.

Информация к пониманию статьи
Высокие внеклеточные концентрации КАЛИЯ
вызывают сильную деполяризацию нервных
клеток. Не исключено, что деполяризация,
которая вызвана повышенной внеклеточной
конц. Калия является одной из причин
развития в мозге судорожных разрядов,
например при эпилептических припадках.
После окончания интенсивной работы клеток
процесс активного транспорта КАЛИЯ может
сдвинуть его внеклеточную концентрацию
ниже нормального, вызвав
гиперполяризацию.

41.

Задача
• Как изменятся МПП и выход калия при
увеличении ( уменьшении) концентрации
Калия внутри клетки.
• Как изменятся МПП и выход калия при
увеличении ( уменьшении) концентрации
Калия во внеклеточной среде.

42.

Мембранный потенциал действия.
• Это разность потенциалов или зарядов между
наружной и внутренней поверхностью мембраны в
состоянии возбуждения
• Величина МПД
• Нерв
+100мВ
• Скелетная мышца +110мВ
• Миокард
+ 120мВ
Что означает положительный заряд МПД ?
На внутренней стороне мембраны скапливается
положительный заряд в состоянии возбуждения
клетки

43.

Регистрация МПД
• Для регистрации ПД используют вне и внутриклеточные электроды.
При внеклеточном отведении электроды подводят к наружной
поверхности клетки. Это позволяет обнаружить, что поверхность
возбужденного участка на очень короткое время становится
заряженной отрицательно по отношению к покоящемуся участку.
• Внеклеточная регистрация ЭКГ,ЭЭГ
Внутриклеточная

44.

МПД возникает только на действие
• МПД является физиологической основой
нервного импульса
• В состоянии возбуждения открываются Натриевые
каналы и натрий начинает заходить в клетку т. е.
возникает пассивный транспорт и мембрана
деполяризуется.

45.

Распространение ПД по миелиновому
волокну
по перехватам Ранвье
В перехватах
Ранвье
находится
большое
количество
Натриевых
каналов

46.

Концентрационные градиенты НАТРИЯ снаружи и внутри
клетки. Вход и выход Натрия зависит от
концентрационного градиента.
при уменьшение внеклеточной
чем больше конц. Na
конц Na, концентрационный
1 10 Na вне клетки, тем
10 Na
1Na Na
градиент уменьшается, Na
выше концентрац.
меньше заходит в клетку и МПП
градиент и больше
повышается, т.е. становится больше
входит Na в клетку и
МПП уменьшается
5 Na
15 Na

47.

Задача 1
Микроэлектродным методом измеряют
ПП нервной клетки. Что
показывает прибор, если микроэлектрод
а) находится на наружной поверхности
мембраны;
б) проколол мембрану;
в) введен вглубь клетки?

48.

Задача 2
Если бы клеточная мембрана была
абсолютно непроницаема для
ионов, как бы изменилась величина ПП?

49.

Задача 3
• Гигантский аксон кальмара поместили в
среду, которая по своему
составу соответствовала
межклеточной жидкости. При раздражении
аксона в нем возникали ПД. Затем концентра
цию ионов натрия в среде
уравняли с их концентрацией в аксоне и
повторили раздражение. Что обнаружили?

50.

Фазы потенциала действия

51.

52.

2 фаза –пик МПД
2а период деполяризации
Залповый заход НАТРИЯ. Уменьшение МПП
Овершут (перелет)
Инактивация натриевых каналов, затем
активация калиевых и Калий выходит из клетки
Положительная часть пика
МПД и начинает работать
Натриевый насос- Na
выходит.
КУД - уровень МП при
котором открываются все
потенциал-зависимые
НАТРИЕВЫЕ каналы и
происходит залповый
вход ионов натрия

53.

2б – реполяризация
• Каналы для ионов
натрия закрываются.
• А каналы для ионов
калия продолжают
быть открытыми.
Поэтому выходящие
ионы калия
восстанавливают
исходный МПП
• Работает натрийкалиевый насос

54.

3-фаза- следовых потенциалов
• Следовая деполяризация
Является продолжением фазы
реполяризации, но это медленная
реполяризация от КУД до МПП
Она связана с иннерционностью (
сопротивлению ) закрытия
натриевых каналов
Медленный выход КАЛИЯ
Уменьшение МПП
• Следовая
гиперполяризация
увеличение проницаемости мембраны для
ионов калия
Усиление тока калия из клетки, при
одновременной активации натрийкалиевого насоса.
Поверхность мембраны приобретает
избыточный положительный заряд, а
уровень МПП увеличивается.

55.

56.

РЕФРАКТЕРНЫЕ ПЕРИОДЫ при гиперполяризации возрастает разница между
мембранным потенциалом и критическим уровнем деполяризации. При этом,
для того чтобы возникло возбуждение, необходима большая сила раздражения.
Абсолютная рефрактерность
Генерация ПД не возможна.
Вызвана инактивацией большинства
натриевых каналов
Относительная рефрактерность
Генерация ПД возможна при
увеличении интенсивности
раздражителя. ( часть натриевых
каналов еще инактивирована)

57.

Передача сигнала

58.

Синапс
1. Пресинаптическое окончание
аксона
2. Пузырки-визикулы с
медиатором
3. Пресинаптическая мембрана
4.Синаптическая щель
5. Постсинаптическая клетка
6. Постсинаптическая
мембрана
7. Белки-рецепторы
постсинаптической мембраны

59.

Задача
• Как изменится МПП, если поток Натрия
внутрь клетки увеличится, а количество калия
останется прежним ?

60.

Задача
• Почему гиперполяризация приводит к
снижению возбудимости?
Ответ: при гиперполяризации возрастает
разница между мембранным потенциалом и
критическим уровнем деполяризации. При
этом, для того чтобы возникло возбуждение,
необходима большая сила раздражения.

61.

Лиганд-зависимые каналы.
А) отвечающие на внеклеточные
стимулы. Они включают каналы,
чувствительные к
нейромедиаторам и передают
информацию в синапсах.
Б) активируются со стороны
цитоплазмы
цитоплазматическими легандами
иои изменением концентрации
специфических ионов.
Например: Са- активируемые
Калиевые каналы активируются
локальным повышением
концентрации внутриклеточного
Са
В статье – это ВК-каналы, обладают
высокой проводимостью и лучше
всего изучены.

62.

Блокада Натриевых каналов
рыба фуга или тетрадонт ( рыба собака), накапливает яд, не образует его,а для
его накопления питается специальными морскими б/п

63.

Блокада К+ каналов
ТЭА- тетраэтиламмоний
ТЭА работает как«пробка» к
К + электрочувствительному
каналу.
Влияние на ПД:
Восходящая фаза почти не
изменяется.
Нисходящая затягивается
( реполяризация происходит за
счет постоянно открытых К+
каналов, которых в 100 раз
меньше,чем электрических)
ТЭА вызывает глубокую потерю
сознания.

64.

• Информация для понимания статьи.

65.

ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ. – это технология рекомбинантых ДНК.
ПРОСТЕЙШАЯ СХЕМА РАБОТЫ ПО СОЗДАНИЮ РЕКОМБИНАНТНОЙ
ДНК.
•Создание или выделение нужного гена , ради которого ( или ради белкового
продукта) затевается данная работа
•Конструирование и подбор соответствующего «вектора», т.е. молекулы ДНК, в
составе которой интересующий нас ген будет введен в бактериальную клетку
.
•Объединение гена и вектора
•Введение вектора, содержащего ген, в бактериальную клетку, внутри которого
будет происходить размножение гена или его экспрессия, т.е. синтез его
белкового продукта.
•Поиск и выделение бактериальных клеток, включивших в себя вектор с
интересующим геном
•Размножение и наращивание в больших объемах бактериальной массы клеток,
содержащих этот ген, и выделение гена или белкового продукта.

66.

Технология создания
рекомбинантных ДНК
•Создание или выделение нужного
гена , ради которого ( или ради
белкового продукта) затевается
данная работа
•Конструирование и подбор
соответствующего «вектора», т.е.
молекулы ДНК, в составе которой
интересующий нас ген будет
введен в бактериальную клетку
•.
•Объединение гена и вектора
•Введение вектора, содержащего
ген, в бактериальную клетку, внутри
которого будет происходить
размножение гена или его
экспрессия, т.е. синтез его
белкового продукта.

67.

• Идеальный вектор для генотерапии должен
быть безопасным, легко
изготавливаемым, легко вносимым в
подходящую целевую ткань, при этом он
должен экспрессировать нужный ген
пожизненно. В настоящее время нет ни
одного известного вирусного или
невирусного вектора, удовлетворяющего
всем этим критериям.

68.

69.

Вирусные векторы для переноса
ДНК в клетки
• Вектор- это вирус с
отсутствующим геном
размножения. В основе
вакцины используются
аденовирусные
векторы, которые в
обычном состоянии
вызывают ОРВИ. В
каждый вектор
встраивают ген
кодирующий S-белок
шипов коронавируса.

70.

71.

Задания
1. группа: эпилепсия: почему возникает
(что думали раньше и теперь), чем лечили
раньше и теперь, и почему не всем/не
всегда помогает?
2 группа: К+ канал: как устроен и почему
его улучшенная версия должна помочь
при эпилепсии;
3 группа:
векторная доставка в клетку
нужных генов: как устроена, где уже
применяется (как лечение, как научный
метод)

72.

Как выполнять задания
1. этап.
Каждый в подгруппе должен довольно быстро, с поверхностным
пониманием по мере чтения - прочитать статью, держа в
голове СВОЙ вопрос и найти в тексте фрагменты, которые
имеют к нему отношение и сосредотачиваясь именно на них
. Если встречается что-то непонятное, пытаться понять
нужно ли это непонятное для ответа на СВОЙ вопрос прямо
сейчас (если да - можно поискать в интернете, использовать
гиперссылки из статьи если не нужно - попускаем, чтобы
время не терять (для этого надо успеть понять, что другая
подгруппа, возможно об этом расскажет, так как это их
вопрос и заранее настроиться про это слушать или
разобраться позже, дома, если "просто интересно стало«)

73.

2 этап
Составить план ОТВЕТА НА ВОПРОС, каждый в
подгруппе может вызваться проработать свою часть
плана (вернуться к этой же статье или найти нужное в
другом месте).

74.

• 3 ЭТАП
Каждая группа готовит 10 – 15 минутный доклад с
ответом на СВОЙ вопрос и выступает с ним.
Для допуска к экзамену необходимо выполнить все
практические занятия всех семинаров.

75.

К семинару 2
• Знать строение нервной ткани.
• Уметь рассказывать о М М П и М П Д и
понимать.
• Подготовить расскраски : работа с атласом
• А) сагитальный разрез мозга
• Б) Вид Снизу
• В) Вид Сбоку
• Структурный и функциональный обзор
промежуточного и среднего мозга знать.