Йонний склад нервової клітини

План

Тема: Дифузійний та мембранний потенціали, їх біологічне значення. Причини виникнення дифузійного та мембранного потенціалу, рівняння для їх розрахунків. Потенціал дії та потенціал спокою.

Позааудиторна самостійна робота № 9

Рівень ІІІ

Рівень ІІ

Рівень І

Методичні рекомендації

1. При вивченні першого питання скласти опорний конспект.

2..При розгляді другого питання звернути увагу на сучасні теорії ферментативного каталізу.

2.Вивчаючи третє питання, заповнити таблицю:

Ензимний препарат	Покази для застосування

Завдання для самоконтролю:

1.Вказати спільні та відмінні риси у сучасних теоріях ферментативного каталізу.

2. Що таке системна ензимотерапія? Які препарати використовуються з цією метою?

Тести для самоконтролю:

1.Ферменти, до складу яких входять йони металів називаються:

а) заквасками; б) металоферментами; в) каталізаторами; г) інгібіторами.

2.Вкажіть назву лікарського засобу, що належить до групи ферментних препаратів:

а) седалгін; б) нітрогліцерин; в) фенобарбітал; г) фестал; д) ферум – лек.

3.У якому інтервалі температур виявляється каталітична активність ферментів:

а) -10⁰С – 0⁰С; б) 0⁰С – 20⁰С; в) 10⁰С – 30⁰С; г) 10⁰С – 36⁰С; д) 10⁰С – 56⁰С.

4.Визначення активності ферментів для діагностики захворювань називається:

а) ензимотерапією; б) системною ензимотерапією; в) ензимодіагностикою;

в) каталітичною активністю.

5. Проміжною стадією ферментативних реакцій є:

а) утворення активного центру ферменту;

б) утворення фермент – субстратного комплексу;

в) розпад проміжного комплексу на вихідний субстрат і фермент;

г) розпад проміжного комплексу з утворенням продуктів реакції і вивільненням ферменту.

6.Вказати вірне твердження:

а) швидкість ферментативних реакцій прямо пропорційна добутку концентрації ферменту та субстрату;

б) швидкість ферментних реакцій прямо пропорційна концентрації ферменту;

в) швидкість ферментних реакцій обернено пропорційна концентрації ферменту;

г) швидкість ферментних реакцій не залежить від концентрації ферменту.

7. Частина ферменту, яка бере участь у безпосередній взаємодії з субстратом має назву:

а) фермент – субстратний комплекс;

б) активний проміжний комплекс;

в) активний каталітичний центр;

г) активний центр ферменту.

8. Вказати послідовність стадій, за якими відбувається процес ферментативного каталізу за теорією Михаеліса – Ментен:

а) розпад проміжного комплексу на вихідний субстрат і фермент;

б) розпад проміжного комплексу з утворенням кінцевих продуктів реакції та вивільненням ферменту;

в) взаємодія активних центрів ферменту із субстратом та утворення фермент – субстратного комплексу.

1. Поняття про дифузійний потенціал, механізм його виникнення.

2. Причини виникнення мембранного потенціалу.

3. Потенціал дії та потенціал спокою.

4. Біологічне значення дифузійного та мембранного потенціалів.

Час виконання: 2 години.

Мета роботи: ознайомитися з механізмами виникнення дифузійного та мембранного потенціалів та їх біологічним значенням.

У гальванічних колах, які складаються з двох напівелементів, що відрізняються складом розчинів (як в елементі Якобі - Даніеля) або концентрацією (концентраційні кола), крім потенціалів на межі електрод - розчин виникає додатковий потенціал на межі розчин - розчин. Цей по­тенціал називають дифузійним. Причиною його виникнення є різна швидкість руху катіонів та аніонів солі. Розглянемо причини виникнення дифузійного потенціалу на межі двох розчинів аргентум нітрату різної концентрації у срібному концентраційному елементі.

На рис. 3. зображені два контактуючі розчини АgNO₃ різної ак­тивності. Внаслідок дифузії позитивні і негативні йони переміщуються від розчину з більшою активністю до розчину з меншою активністю. Нітрат-іони NO₃^- характеризуються більшою швидкістю переміщення, ніж йони Аргентуму Аg⁺. Унаслідок цього в розчині з меншою активні­стю солі виникає надлишок аніонів, а в розчині з більшою - надлишок катіонів. Отже, у цьому випадку розчин з меншою концентрацією солі набуває негативного заряду, а з більшою - позитивного, і виникає різни­ця потенціалів, яку називають дифузійним потенціалом.

Рис. 3. Схема виникнення дифузійного потенціалу

Виникнення дифузійного потенціалу призводить до гальмування руху швидких та прискорення руху повільніших йонів. Величину дифузійного потенціалу обчислюють за рівнянням Гендерсона:

= * ln

де U - рухливість катіонів; V-рухливість аніонів.

Максимальну величину дифузійний потенціал має в розчинах кис­лот та лугів, оскільки у йонів Н₃О⁺ і ОН^- найбільша рухливість. Значно менша величина _dв розчинах солей. Наприклад, на межі поділу 0,1 і 0,001 М розчинів НС1 дифузійний потенціал досягає величини 75 мВ, а на межі розчинів NaС1 тих самих концентрацій - 25 мВ.

Дифузійний потенціал виникає не тільки на межі поділу розчинів різної концентрації, а й у таких гальванічних колах, де контактують роз­чини з однаковою активністю йонів, але з різними за швидкістю руху катіонами чи аніонами.

Дифузійний потенціал суттєво ускладнює електрохімічні вимірю­вання, тому його зменшують. Для цього між розчинами різних концент­рацій вміщують проміжний розчин будь-якої солі, швидкість руху обох йонів якої приблизно однакова, наприклад, розчини КС1,NH₄СІ, NH₄N0₃ тощо. З'єднання електродних розчинів здійснюють сифоном (сольовим містком), заповненим агар-агаром, настояним на концентрованому роз­чині однієї із вказаних солей.

Близьким за своєю природою до дифузійного є мембранний по­тенціал. Якщо між двома розчинами є мембрана, яка вибірково про­пускає катіони і затримує аніони, то по обидві її сторони накопичуються йони протилежного знака і одна з них заряджається позитивно, а інша негативно, тобто виникає мембранний потенціал _м. Дифузія катіонів крізь мембрану не є нескінченною, оскільки їх притягують аніони, що залишилися по інший бік мембрани. На мембрані встановлюється рівно­вага між швидкістю дифузії та її електричним полем, потенціал якого визначають за рівнянням Нернста для ЕРС концентраційного кола:

_д =

де а_] та а₂- активності катіонів по різні боки мембрани, причому а₁ >a₂ Мембранні та дифузійні потенціали виникають у клітинах рослин­них та тваринних організмів і призводять до утворення різних біопотен­ціалів та біострумів. Мембранний потенціал може існувати без змін три­валий час.

Як відомо, нервова клітина людини складається з тіла клітини та одного довгого відростка діаметром 10^-5-10^{-7 м, який називають аксо­ном. Клітина та аксон, що відходить від неї, оточені мембраною, тому концентрація йонів усередині клітини відрізняється від концентрації тих самих йонів у зовнішньому середовищі. Йонний склад нервової клітини та середовища наведений у табл.1.}

Таблиця 1.

Йони	Концентрація, ммоль/дм
	у клітині	у зовнішньому середовищі
К^+
Na^+
Сl^-
Органічні йони		-

Мембрани нервових клітин, що перебувають у спокої, приблизно у 100 разів більш проникні для йонів К⁺, ніж для йонів Na⁺. Виходячи з даних, наведених у табл. 1, за температури 310 К одержимо величи­ну мембранного потенціалу -75 мВ.

Це означає, що між внутрішньою та зовнішньою сторонами клітин­ної мембрани виникає різниця потенціалів, що дорівнює 75 мВ. Цю вели­чину, виміряну у стані фізіологічного спокою клітини, називають потен­ціалом спокою. Потенціал спокою у різних клітин становить 50-100 мВ. Встановлено, що цитоплазма клітини в стані спокою завжди має від'ємний потенціал відносно потенціалу міжклітинної рідини.

Якщо нервову тканину збуджувати електрично, хімічно чи механічно, то мембрана клітини стає більш проникною для йонів Na⁺, ніж для йонів К⁺ .Йони Na⁺ починають проникати всередину клітини, що при­зводить до зміни мембранного потенціалу, який становитиме 50 мВ.

Таким чином, упродовж короткого проміжку часу (приблизно 10^-4с) мембранний потенціал змінюється від -75 до +50 мВ. Таке раптове підви­щення та падіння мембранного потенціалу називають потенціалом дії.

Залежно від довжини аксона та інших чинників швидкість, з якою відбувається передача потенціалу дії. становить 30-150 м/с. Як тільки потенціал дії віддаляється від точки збудження клітини, мембрана знову стає готовою до збудження. Це можливе тому, що за один потенціал дії аксон поглинає 3 ∙10^-11- 4 ∙10^-11 моль йонів Na⁺ на 1 см² поверхні волокна і віддає таку ж саму кількість йонів К⁺, що не вносить суттєвих змін в йонне середовище аксона. Тому натрій-калієвий механізм здатний гене­рувати кілька сотень тисяч потенціалів дії.

Потенціали дії створюють струм (біопотенціали та біоструми), тому два електроди, прикладені до різних ділянок тіла, реєструють різницю потенціалів. Це покладено в основу електрокардіографічних, електроенцефалографічних, електроміографічних методів діагностики.

Дата добавления: 2015-05-23