Біоелектричні потенціали. Асиметричний розподіл іонів і механізм його виникнення

ХІД ЛЕКЦІЇ

I. ВСТУПНА ЧАСТИНА (до 10 хв.)

v Доброго дня! Прошу сідати. Сьогодні я у вас проведу лекцію. Звати мене Марія Іванівна.

v На попередній лекції ви детально ознайомились з будовою плазматичної мембрани. Розглянули її складові компоненти, функції, які вона виконує.
На сьогоднішній лекції ви більш детально вивчите деякі з функцій плазматичної мембрани – наявність мембранного потенціалу спокою і здатність генерувати потенціали дії, що сумарно являють собою біоелектричні потенціали, які відіграють важливу роль у процесах життєдіяльності. Наявність мембранного потенціалу – характерна особливість усіх живих клітин, з їх відмиранням він зникає.

v Тема сьогоднішньої лекції: Електрична збудливість клітинних мембран.
Тема є цікавою. Ви неодноразово будете зустрічатись з нею на інших курсах. Вивчення електричних властивостей мембран необхідне для розуміння призначення і функціонування мембран і клітини у цілому.

v План лекції:
1. Біоелектричні потенціали. Асиметричний розподіл іонів і механізм його виникнення..
2. Проникнення іонів крізь мембрану. Мембранний потенціал спокою.

3. Потенціал дії.

v Рекомендована література:
1. Біофізика: підручник / П.Г. Костюк, В.Л. Зима, І.С. Магура та ін. – К.: Видавничо – поліграфічний центр «Київський університет», 2008. – 567 с.
2. Фізіологія людини і тварин: підручник [для студ. вищ. навч. закл.] / М.Ю. Клевець, В.В. Манько, М.О. Гільків, та ін. – Львів: ЛНУ імені Івана Франка, 2011. – 304с.
3. Проблемы электрической возбудимости нейрональной мембраны / Магура Й.С. – Киев: Нук. Думка, 1981. – 208с.
Додаткова література:
1. Шуба М.Е. та інші, «Елекробіофізика», Київ – 2002р.;
2. Санагурський Д.І. «Об’єкти біофізики», Київ – 2005р.

II. ОСНОВНА ЧАСТИНА (70 – 75 хв.)

Біоелектричні потенціали - це електричні потенціали, що генеруються жи­вими системами і відіграють важливу роль у процесах життєдіяльності.

У ході генерування біоелектричних потенціалів хімічна енергія переходить в елек­тричну, оскільки значна частина енергії обміну речовин витрачається живими клітинами на створення нерівномірного розподілу йонів і генерування біоелек­тричних потенціалів. Біоелектричні потенціали забезпечують одну з основних властивостей жи­вого - його збудливість, тобто здатність переходити в активний стан під дією зо­внішніх чинників. Одним із проявів збудження є електричний процес, який на­звано потенціалом дії. Потенціал дії як коливний процес виникає на основі мембранного потенціалу - постійної різниці потенціалів між зовнішньою і вну­трішньою поверхнями мембрани клітин.

Отже, електричний потенціал у живих системах:

§ відіграє роль носія інформації, за участю якого здійснюється регулю­вання і управління;

§ електричне поле мембрани регулює проникність мембрани для катіонів і аніонів;

§ відомо, що електричне поле мембрани визна­чає функцію деяких ферментів.

Є організми, які використовують електричну енергію для захисту і нападу (електричні риби). У деяких риб електричні ім­пульси слугують для орієнтування у мутній водї.

Біоелектричні явища відкрив у 1791 р. італійський вчений Л. Гальвані. У минулому їх досліджували А. Вольта, Е. Дюбуа-Реймон, Л. Герман, Ю. Берн- штейн, В. Ю. Чаговець й інші. Значні успіхи у з'ясуванні механізмів генерації біоелектричних потенціалів отримано останнім часом завдяки дослідженням А. Ходжкіна, Б. Катца, П. Г. Костюка, М. Ф. Шуби, В. І. Скока, І. С. Магури, О. О. Кришталя та багатьох інших. Досліджують біоелектричні явища також викладачі нашого університету: професори Санагурський Д. І.,

Манько В. В., Клевець М.Ю.

Давайте пригадаємо з вами схематично будову клітини. Клітина складається з ядра і цитоплазми (це весь внутрішній вміст за винятком ядра). Цитоплазма складається з цитозолю(цитоплазматичний матрикс), органелл і включень, що не вхадять до цитозолю. Цитозоль це колоїд що складається з води і розчинених у ній органічних речовин – білків, жирів, вуглеводів та неорганічних – в основному солей що є у йонному (дисоційованому) стані …солей натрію, калію, кальцію, магнію і заліза, фосфати, сульфати, хлориди…Позаклітинне середовище також мічтить органічні і неорганічні речовини, йони.

Плазматична мембрана виконує багато функцій. Бар’єрна функція ліпідного Бішару забезпечує утримання асиметричного (нерівномірного) розподілу йонів між цитоплазмою і міжклітинним середовищем.

Цитоплазма клітини:

• висока концентрація [K⁺ ];

низька концентрація: [Na⁺ ], [Cl^-], [Ca²⁺ ];

Позаклітинне середовище:

• низька концентрація [K⁺ ];

висока концентрація: [Na⁺ ], [Cl^-], [Ca²⁺ ];

Наприклад, у волокнах скелетних м'язів ссавців міститься (у ммоль/л): К⁺- 155,0; Nа⁺ - 12,0; С1^- - 3,8, а у міжклітинному просторі: К⁺- 4,0; Na^{+ -} 145,0; Сl^- - 120,0.

У цитоплаз­мі клітин катіони К⁺ збалансовані великими органічними аніонами, які синтезу­ються тут і не можуть покинути клітини. Катіони К⁺ перебу­вають у цитоплазмі у вільному, а не у зв'язаному стані. Асиметричний розподіл йонів свідчить про їхній градієнт концентрації, (хтось може пояснити що означає градієнт концентрації?) який спрямований для К⁺ й орга­нічних аніонів назовні, а для Na⁺ і СІ^- - усередину клітини.

Пояснення: Будь яка жива система прагне до термодинамічної рівноваги. У випадку клітини, стан ТДР означає, що концентрації речовин які є у клітині повинна дорівнювати концентрації речовин що є поза клітиною. Оскільки Калію в клітині є багато а поза клітиною мало, тому частина його прагне вийти з клітини для встановлення ТДР (градієнт калію направлений з клітини).Для інших іонів аналогічно.

Асиметричний розподіл йонів виникає завдяки роботі натрій-калієвої помпи, що активно (з затратою енергії АТФ) транспортує через мембрану йони у проти­лежному до їхніх градієнтів концентрації напрямку: К ⁺ -у клітину, а Na⁺ - з клі­тини. Функцію натрій-калієвої помпи виконує фермент Na⁺, К⁺-АТФаза - інте­гральний білок, який складається з двох а- і двох β-субодиниць (рис. 3.6). Кожна а-субодиниця пронизує мембрану наскрізь, а β -субодиниці містять вуглеводні групи на зовнішній поверхні мембрани. З боку цитоплазми а-субодиниці мають ділянки, що відповідають за гідроліз АТФ, а з зовнішнього боку - ділянки зв'язу­вання оуабаїну (строфантину). Na⁺, К⁺-АТФаза транспортує з клітини 3 іони Na⁺ , а у клітину 2 іони K⁺ , при цьому відбувається гідроліз однієї молекули АТФ.

Важливе значення для створення асиметричного розподілу катіонів Са²⁺ ві­діграє Са²⁺-помпа і Na⁺-Са²⁺ - обмінник плазматичної мембрани, Са²⁺-помпа ен­доплазматичного ретикулуму, а аніонів СІ^- - Na⁺ К⁺, СІ-котранспортер.

Дата добавления: 2015-07-13