Потенціал спокою - це різниця між електричними потенціалами всередині і поза клітиною в стані спокою. Величина ПП варіюється в межах 30-90 мВ.
ПП становить основу порушення і переробки інформації нервовою клітиною, забезпечує регуляцію діяльності внутрішніх органів і опорно-рухового апарату за допомогою запуску процесів збудження і скорочення в м'язі.
Головним іоном, що забезпечує формування ПП, є іон К +. У яка покоїться клітці встановлюється динамічна рівновага між числом виходять з клітини і входять в клітину іонів К +. Електричний і концентраційний градієнти протидіють один одному: згідно концентраційному градієнту До + прагнути вийти з клітки, а негативний заряд всередині клітини і позитивний заряд зовнішньої поверхні клітинної мембрани перешкоджають цьому. Коли концентраційний і електричний градієнти уравновесятся, число виходять з клітини іонів К + стає рівним числу вхідних іонів К + в клітину. У цьому випадку на клітинній мембрані встановлюється рівноважний калієвий потенціал.
У створенні ПП беруть участь і інші іони: Na +, Cl¯, Ca² +.
Проникність клітинної мембрани в спокої для Na + дуже низька. Іони Na + відповідно до концентраційного і електричному градиентам прагнуть і в невеликій кількості проходять всередину клітини. Це веде до зменшення ПП, тому що на зовнішній поверхні клітинної мембрани сумарне число позитивно заряджених іонів зменшується, а частина негативних іонів всередині клітини нейтралізується входять в клітину позитивно зарядженими іонами Na +.
вплив Cl¯ на величину ПП протилежно впливу Na +. Cl¯ згідно концентраційному градієнту прагнути і проходить в клітку. Концентрації іонів К + і Cl¯ близькі між собою. але Cl¯ знаходиться в основному поза клітиною, а К + - всередині клітини. Перешкоджає входу Cl¯ в клітку електричний градієнт, оскільки заряд всередині клітини негативний, як і заряд Cl¯. Настає рівновага сил концентраційного градієнта, що сприяє входу Cl¯ в клітку, і електричного градієнта, що перешкоджає входу Cl¯ до клітки. При надходженні Cl¯ всередину клітини число негативних зарядів поза клітиною дещо зменшується, а всередині клітини збільшується: Cl¯ додається до великих анионам білкової природи, що знаходяться всередині клітини. Таким чином, Cl¯, Проникаючи всередину клітини, збільшує ПП.
Зовнішня і внутрішня поверхні клітинної мембрани несуть власні електричні заряди. Фіксовані зовнішні негативні заряди, нейтралізуючи позитивні заряди зовнішньої поверхні мембрани, зменшують ПП. Фіксовані внутрішні негативні заряди клітинної мембрани, навпаки, підсумовуючись з аніонами всередині клітини, збільшують ПП. Іони Ca² + взаємодіють із зовнішніми негативними фіксованими зарядами мембрани клітини, що веде до збільшення і стабілізації ПП.
В цілому ПП - це алгебраїчна сума не тільки всіх зарядів іонів поза і всередині клітини, а й негативних зовнішніх і внутрішніх поверхневих зарядів самої клітинної мембрани.
1. Мембранні потенціали і їх іонна природа
Мембранна теорія біопотенціалів була висунута ще в 1902 році Бернштейном. Але тільки в 50-х роках ця теорія була по-справжньому розвинена і експериментально обгрунтована Ходжкіна, якому належать основні ідеї та теорії про роль іонних градієнтів у виникненні биопотенциалов і про механізм розподілу іонів між кліткою і средой.Сущность цієї теорії полягає в тому, що потенціал спокою і потенціал дії є за своєю природою мембранними потенціалами, зумовленими напівпроникними властивостями клітинної мембрани і нерівномірним розподілом іонів між кліткою і середовищем, яке підтримується еханізмамі активного перенесення, локалізованими в самій мембрані.
1.1 Потенціал спокою, рівняння Нернста
Зрозуміло, що дифузія триває лише до того моменту, поки не встановиться рівновага між силами, що виникає електричного поля і силами дифузії. Якщо прийняти, що потенціал спокою визначається дифузією тільки іонів калію з цитоплазми назовні, то його величина E може бути знайдена з рівняння Нернста:
мембранний потенціал клітина електродифузія
де [K] i і [K] e - активність іонів калію всередині і зовні клітини; F - число Фародея; T - абсолютна температура; E - зміна потенціалу; R - газова константа.
7.Умови виникнення ПД. Закон "все або нічого".
ПД - це електрофізіологічний процес, що виражається в швидкому коливанні мембранного потенціалу спокою внаслідок переміщення іонів в клітину і з клітини і здатний поширюватися без загасання.
ПД забезпечує передачу сигналу між нервовими клітинами, між нервовими центрами і робочими органами, в м'язах ПД забезпечує процес електромеханічного сполучення.
Величина ПД коливається в межах 80-130 мВ. Амплітуда ПД не залежить від сили подразнення, вона завжди максимальна для даної клітини в конкретних умовах: ПД підкоряється закону «все або нічого», але не підкоряється закону сили.
При малому роздратуванні клітини ПД або зовсім не виникає, або досягає максимальної величини, якщо роздратування є граничним або сверхпороговое.
Виділяють три фази ПД:
- деполяризация - зникнення заряду клітини (зменшення мембранного потенціалу до нуля)
- інверсія - зміна заряду клітини на зворотний, коли внутрішня сторона мембрани клітини заряджається позитивно, а зовнішня - негативно
- реполяризация - відновлення вихідного заряду клітини, коли всередині клітини заряд знову стає негативним, а зовні - позитивним.
Фаза деполяризації: При дії деполяризующего подразника на клітину (наприклад, електричного струму) початкова деполяризація клітинної мембрани відбувається без зміни її проникності для іонів. Коли деполяризація досягає приблизно 50% порогового потенціалу, зростає проникність мембрани клітини для Na +. Умовою, що забезпечує вхід Na + в клітину, є збільшення проникності клітинної мембрани, яка визначається станом воротного механізму Na-каналів (розташований на зовнішній і внутрішній сторонах клітинної мембрани). Коли деполяризація клітини досягає критичної величини - 50 мВ, проникність мембрани для Na + різко зростає: відкривається велика кількість Na-каналів і Na + лавиною спрямовується в клітку. В результаті інтенсивного струму Na + всередину клітини процес деполяризації проходить дуже швидко. У підсумку ПП (потенціал спокою) зникає, стає рівним нулю. Фаза деполяризації на цьому закінчується.
Фаза інверсії: Після зникнення ПП вхід Na + в клітину триває, тому число позитивних іонів в клітці більше числа негативних іонів, заряд всередині клітини стає позитивним, зовні - негативним. Тепер електричний градієнт перешкоджає входу Na + всередину клітини (позитивні заряди відштовхуються одна від одної), Na-провідність знижується. Проте деякий час Na + продовжує входити в клітку, про що свідчить продовжує наростання ПД. Це означає, що концентраційний градієнт, що забезпечує рух Na + в клітину, сильніше електричного, перешкоджає входу Na + в клітину. Приблизно через 0,5-2 мс після початку деполяризації зростання ПД припиняється в результаті закриття Na і відкриття K-каналів, тобто внаслідок збільшення проникності для K + різкого зростання виходу його з клітки. K + виштовхується позитивним зарядом з клітки і притягується негативним зарядом зовні клітини. Так триває до повного зникнення позитивного заряду всередині клітини - до кінця фази інверсії.
Фаза реполяризації пов'язана з тим, що проникність клітинної мембрани для K + все ще висока, K + продовжує швидко виходити з клітки. Оскільки клітина тепер знову всередині має негативний заряд, а зовні - позитивний, електричний градієнт перешкоджає виходу K + з клітини, що знижує його провідність, хоча він продовжує виходити. Часто в кінці ПД спостерігається уповільнення реполяризації, що пояснюється зменшенням проникності клітинної мембрани для K +.
Головну роль у виникненні ПД грає Na +, що забезпечує всю висхідну частину піку ПД.
8.Рефрактерность мембрани нейрона: причини виникнення та значення.
Потенціал дії (ПД) може поширюватися по мембра-ні в обидві сторони від місця свого початкового виникнення. Але в фізіологічних умовах ПД, що виникає, наприклад, в тілі нейрона, поширюється на периферію по відростках тільки в одному направле-нии. Зворотного поширення ПД не відбувається в зв'язку з тим, що протягом деякого часу ту ділянку мембрани, в якому розвинувся ПД, стає невозбудімості. Цей стан невозбудимости мембрани називається рефрактерностью. Невозбудімості мембрани обумовлена тим, що після попереднього збудження натрієві канали на якийсь час стають інактивованих. Рефрактер-ност' - проходить період стану мембрани. Причому, якщо спочатку мембрана виявляється нечутливою до будь-якій силі подразника, що позначається абсолютним рефрактерним періодом. то потім слід від-відносна рефрактерний період, під час якого надпороговой сі-ли подразник вже може викликати виникнення ПД. Цей період обумовлений поступовим поверненням натрієвих каналів до вихідного по-додатком, коли закриті лише активаційні ворота, а інактіваціонние поступово откриваются.Продолжітельность абсолютного рефрактерного періоду визначає максимальну частоту генерації потенциа-лов дії, яка позначається терміном лабільність. Лабільність різних збудливих структур неоднакова. Вона найбільша в нерв-них клітинах і їх відростках, найменша в гладком'язових волокнах. Так, в нейроні абсолютний рефрактерний період близько 1 мс, тому по ньому може проходити до 1000 імп / с. Однак не всі нейрони мають такої високої лабільністю. Абсолютний рефрактерний період при-мірно такий же, як і тривалість ПД.
9.Актівний і пасивний іонний транспорт. Функціональна роль і механізм роботи іонних каналів і насосів.
ІОННІ КАНАЛИ, великі білкові молекули і надмолекулярних структури липопротеидной природи, вбудовані в мембрани клітини і її органоїдів (див. Біологічні мембрани). Забезпечують виборче проходження іонів через мембрану, в тому числі з клітки в зовнішнє середовище і назад. Відповідно до моделі, запропонованої в 1972 році Сінджер і Ніколсоном, біологічні мембрани мають рідинно-мозаїчну будову: в рідкої фосфоліпідної мембранної плівці «плавають» молекули білків. Зокрема, молекули білків, звані інтегральними, пронизують мембрану наскрізь, виступаючи одним кінцем в цитоплазму, а іншим - в зовнішнє середовище клітини. Усередині такої молекули білка є подобу «дірки», або водної пори, через яку і дифундують іони.Трансмембранний транспорт іонів по каналах - основа всіх біоелектричних явищ в організмі. Існує велика різноманітність іонних каналів, що розрізняються по влаштуванню і виконуваних функцій. Чисельність їх може коливатися від декількох одиниць до десятків тисяч на мкм 2 мембрани. Найпростішими по влаштуванню є канали «пасивної витоку» іонів - білкові «дірки» в мембрані, пропускають будь іони. Вони постійно відкриті незалежно від дії хімічних регуляторів або електричного поля. Число таких каналів невелика. Значно велику і важливу групу складають канали витоку, вибірково пропускають один тип іонів (в першу чергу - іони калію). Виборчий вихід калію по концентраційному градієнту з клітки і затримка аніонів, не проникають через мембрану, обумовлює поділ зарядів по різні боки мембрани і формування потенціалу спокою у будь-якої клітини. Поряд з постійно відкритими іонними каналами витоку, на мембрані будь-якої клітини існують і інші іонні канали. Велику частину часу вони закриті і відкриваються лише на короткий час і тільки у відповідь на дію особливого сигналу: відомі потенціалоактівіруемие (відкриваються тільки у відповідь на зміни електричного поля на мембрані) і хемоактівіруемие (відкриваються тільки у відповідь на дію певних хімічних реагентів) канали. На відміну від каналів витоку, характерних для будь-якої клітини і беруть участь у формуванні потенціалу спокою клітин, потенціалоактівіруемие іонні канали є тільки у збудливих клітин - нейронів, м'язових клітин і деяких інших. Саме вони беруть безпосередню участь в генерації потенціалу дії і порушення клеткі.Молекули потенціалоактівіруемих каналів мають складний пристрій; їх найважливіші функціональні компоненти - Іонселективний фільтр і ворітної механізм каналу. Селективні фільтри мають спеціальні місця звуження і особливим чином розташовані заряджені хімічні угруповання всередині каналу, що дозволяє пропускати тільки один тип іона. Відомі потенціалактівіруемие канали, пропускають тільки натрій, тільки калій або тільки кальцій. Ворітної механізм - це група атомів в молекулі каналу, що несе електричний заряд і здатна до локальних зсувів (конформація) всередині молекули каналу у відповідь на дію електричного поля. Переміщаються угруповання, іменовані «воротними системами», в залежності від свого місця розташування або перекривають просвіт іонної пори, тобто замикають (інактивують) канал, або відкривають просвіт пори. Причому в каналі співіснують два «комірних» механізму, що діють в протилежному напрямку. У спокої, коли канал закритий, одні «ворота» (активаційні) закриті, а інактіваціонние - відкриті. При дії дратівної електричного стимулу (деполяризації) обидві воротні заряджені угруповання зміщуються в каналі майже одночасно, але в протилежному напрямку. Оскільки інактіваціонние ворота зміщуються більш повільно, канал встигає спочатку активуватися (відкритися), а потім - инактивироваться (закритися). Присутність двох типів «воріт» у складі каналу забезпечує можливість саморегуляції роботи канала.Хемоактівіруемий тип іонних каналів відкривається і пропускає іони тільки після взаємодії з відповідними хімічними реагентами - гормонами, медіаторами і т. П. (Наприклад, ацетилхолином, адреналіном, гістаміном). Для цього канали мають на своїй зовнішній або внутрішній (цитоплазматичної) поверхні спеціальні активні центри.Еще один тип іонних каналів, виявлений в 1980-і роки, - це іонні канали, чутливі до розтягування. Вони відкриваються і пропускають іони у відповідь на натяг мембрани. Зустрічається у збудливих і незбудливих клітин. Відстежуючи ступінь розтягування м'язових органів, такі канали відіграють велику роль в підтримці активності клітин серця, гладких клітин судинної стінки і т. Д.Наряду з каналами пасивного транспорту іонів, існує великий клас каналів активного іонного транспорту, званих іонними насосами. Іонні насоси переносять іони через мембрану проти їх концентраційного градієнта, використовуючи енергію, що виділяється при гідролізі АТФ. Молекули іонних насосів - великі трансмембранні білки (з молекулярною масою близько 150000), здатні зв'язувати і розщеплювати АТФ. Наприклад, натрій-калієвий насос здійснює пов'язаний перенос натрію назовні, а калію - всередину клітини. За 1 секунду цей насос переносить близько 200 іонів Na + з клітини і 130 іонів К + в клітину. Широко поширений також і Са 2+ -насос (кальцієва АТФ-аза), відкачує надлишок іонів кальцію з клітини. Системи активного іонного транспорту, забезпечуючи сталість концентрацій певних іонів в клітинах, відіграють надзвичайно важливу роль в підтримці рівня потенціалу спокою клітини.
11.Тіпи рецепторів до медіаторів. Поняття про агонистах і антагоністах.
(Лат. Mediator посередник: синонім нейромедіатори)
біологічно активні речовини, секретуються нервовими закінченнями і зумовлюють передачу нервових імпульсів в синапсах. Як М. можуть виступати найрізноманітніші речовини. Всього налічується близько 30 видів медіаторів, проте лише сім з них (ацетилхолін, норадреналін, дофамін, серотонін, гамма-аміномасляна кислота, гліцин і глутамінової кислоти) прийнято відносити до «класичним» медіаторів.
Участь М. в передачі нервового імпульсу представляється в такий спосіб. Спеціалізований для секреції М. ділянку пресинаптичної клітини має особливу зовнішню так звану секреторну мембрану, яка при порушенні пресинаптичної клітини формує мембранний пухирець, що містить М. Вміст пляшечки виливається потім в синаптичну щілину, дифундує до постсинаптичні мембрані, де взаємодіє з її специфічними рецепторами. При вивченні дії М. на рецептори периферичних органів і ЦНС виявлені різні типи рецепторів до одного і того ж медіатора (м-, н-холінорецептори, # 945; -, # 946; -адренорецептори і ін.). Їх поділ грунтується на особливостях біохімічних реакцій, що протікають в системі медіатор - рецептор. Наприклад, в м-рецепторах реакція носить мускаріноподобних характер (вони не чутливі до отрути кураре), в н-рецепторах - нікотиноподібні (чутливі до отрути кураре). Взаємодія медіаторів з # 945; рецепторами викликає ефект збудження (звуження судин, скорочення матки і т.д.): з # 946; рецепторами - гальмівні ефекти (розширення судин, розслаблення бронхів). Разом з тим # 945; - і # 946; рецептори, розташовані в різних органах, можуть по-різному реагувати на медіатори. Залежно від характеру взаємодії # 945; - і # 946; рецепторів з різними М. ці рецептори відповідно поділяють на # 945; 1 -, # 945; 2 -, # 946; 1 - і # 946; 2-адренорецептори.