В физиологию с основами анатомии. Транспорт веществ через мембрану



Дата18.11.2016
өлшемі30,93 Kb.
#1979
түріЛекция

Введение в физиологию с основами анатомии. ТРАНСПОРТ ВЕЩЕСТВ ЧЕРЕЗ МЕМБРАНУ.

  • Проф. Потехина Ю.П.
  • Лекция №1
  • Фармацевтический факультет
  • 2013

Физиология как научная дисциплина

  • Физиология (греч. physis – природа, logos - учение) – наука, изучающая процессы жизнедеятельности и механизмы их регулирования в различных биологических системах: клетки – ткани – органы – системы органов – организм.
  • Гален (131-200 гг. н.э.) Физиология - основа медицины.
  • Уильям Гарвей (1578 – 1657). Книга «Анатомическое исследование о движении сердца и крови у животного».
  • Альбрехт Галлер (1708 – 1777) 8-томное сочинение «Элементы физиологии человеческого тела».
  • И.М. Сеченов (1829-1905) в 60-е годы 19 века открыл кафедру физиологии в Медико-хирургической академии С.-Пб.
  • Предметом изучения физиологии являются функции живого организма, их связь между собой, регуляция и приспособление к внешней среде, происхождение и становление функций в процессе эволюции и индивидуального развития особи.

Основные понятия физиологии

  • Задача физиологии - глубокое познание функций и процессов организма, а также их регуляции, которое даст возможность, если потребуется, активно и направленно воздействовать на них.
  • Физиологическая функция (functio - деятельность) – специфическая деятельность системы или органа, имеющая приспособительное значение и направленная на достижение полезного для организма результата.
  • Физиологический процесс – последовательность явлений в развитии какого-либо действия или совокупность последовательных действий, направленных на достижение определенного результата.

Морфология как научная дисциплина

  • Анато́мия (от греч. ἀνα- — вновь, сверху и τέμνω — «режу», «рублю», «рассекаю») — наука, изучающая строение тела организмов и их частей на уровне выше клеточного. Анатомия как наука (собственно предмет анатомии) изучает не только внешнее строение организма в целом, но и внутреннюю форму и структуру органов, входящих в его состав. Современная анатомия с помощью микроскопии срезов анатомических препаратов смогла раздвинуть горизонты познания и выделить ещё один аспект морфологической науки — микроскопическую анатомию.
  • В свою очередь микроскопическая анатомия тесно связана с наукой о тканях (гистологией от греч. hystós — ткань), изучающей закономерности развития и строения тканей, а также с наукой о клетке (цитологией от греч. cýtos — клетка), которая исследует закономерности развития, строения и деятельности отдельных клеток, из которых построены ткани и органы исследуемого макроорганизма.
  • Взятые вместе анатомия, гистология, цитология и эмбриология (от греч. émbryon — зародыш) в совокупности представляют общую науку о форме, развитии и строении организма — морфологию (от греч. morphé — форма).

Органы тела человека объединяются в системы органов.

  • Система органов – совокупность органов, связанных общими функциями.
  • Костная система: твёрдая опора мягких тканей.
  • Мышечная система: перемещение тела и его частей в пространстве.
  • Нервная система: получение, обработка и хранение информации, формирование рефлекторных реакций и поведения.
  • Сердечно-сосудистая система: циркуляция крови в организме.
  • Дыхательная система: обеспечение организма кислородом.
  • Пищеварительная система: обеспечение организма питательными веществами.
  • Выделительная система: удаление продуктов обмена веществ из организма.
  • Репродуктивная система: обеспечение репродукции.
  • Эндокринная система: регуляция процессов в организме посредством гормонов.
  • Иммунная система: защита от болезнетворных агентов.
  • Покровная система (кожа, волосы и ногти): защита от факторов внешней среды.

Ткани, их строение и функции

  • Ткани это совокупность клеток и неклеточных структур (неклеточных веществ), сходных по происхождению, строению и выполняемым функциям. Выделяют четыре основные группы тканей: эпителиальные, мышечные, соединительные и нервную.
  • Эпителиальные ткани являются пограничными, так как покрывают организм снаружи и выстилают изнутри полые органы и стенки полостей тела. Особый вид эпителиальной ткани —железистый эпителий — образует большинство желез (щитовидную, потовые, печень и др.), клетки которых вырабатывают тот или иной секрет.
  • Мышечные ткани обусловливают все виды двигательных процессов внутри организма, а также перемещение организма и его частей в пространстве. Различают три вида мышечной ткани: поперечнополосатую, гладкую и сердечную.
  • Соединительные ткани (ткани внутренней среды) объединяют группы тканей мезодермального происхождения, очень различных по строению и выполняемым функциям. Виды соединительной ткани: костная, хрящевая, подкожная жировая клетчатка, связки, сухожилия, кровь, лимфа и др.
  • Нервная ткань, из которой построены головной и спинной мозг, нервные узлы и сплетения, периферические нервы.

Кле́тка — элементарная единица строения и жизнедеятельности всех организмов (кроме вирусов, о которых нередко говорят как о неклеточных формах жизни), обладающая собственным обменом веществ, способная к самостоятельному существованию, самовоспроизведению и развитию.

Строение мембраны

  • Жидкостно-мозаичная модель – белки погружены в фосфолипидный бислой.
  • Липидный бислой –
  • Фосфолипиды:
  • фосфатидилхолин (лецитин),
  • фосфатидилэтаноламин,
  • фосфатидилсерин,
  • фосфатидилинозит
  • Кардиолипин;
  • Сфингомиелин;
  • Холестерол;
  • Гликолипиды.
  • Белки -
    • Интегральные (каналы, переносчики, насосы, рецепторы)
    • Периферические (цитоскелет, гликокаликс)

Функции клеточной мембраны

  • Формирование клеточных структур, где мембрана выступает в качестве барьера между- вне и внутриклеточным содержимым, а также между отдельными структурами клетки,
  • Поддержание внутриклеточного гомеостаза (постоянства внутренней среды),
  • Участие в процессе формирования возбуждения и его проведения,
  • Фото-, механо- и хеморецепция,
  • Всасывание,
  • Секреция,
  • Осуществление газообмена и тканевого дыхания,
  • Накопление и трансформация энергии и т.д.

Виды транспорта веществ через мембрану

  • 1. Диффузия:
  • Простая;
  • Облегченная.
  • 2. Осмос.
  • 3. Активный транспорт:
  • Первично-активный транспорт;
  • Вторично-активный транспорт.
  • 4. Везикулярный транспорт

Диффузия

  • Простая - пассивный процесс движения частиц в растворе по их концентрационному градиенту из области высокой концентрации в область низкой концентрации.
  • Проницаемость через мембрану зависит от свойств мембраны и самих растворенных веществ:
  • - Липидрастворимые вещества диффундируют легко через липидный бислой (этанол, кислород, углекислый газ);
  • - Водорастворимые вещества диффундируют через водные каналы, формируемые специальными трансмембранными белками транслоказами (ионы с гидратной оболочкой). Проницаемость пропорциональна их молекулярному размеру, форме, заряду.
  • Облегченная – пассивный перенос веществ с помощью специальных белков-переносчиков по концентрационному градиенту (например, белок-переносчик инсулинзависимая пермиаза для глюкозы).
  • Перенос осуществляется за счет спонтанной конформации переносчика при связывании с веществом. Подчиняется кинетике Михаэлиса-Ментена (насыщение переносчика веществом ограничивает диффузию).
  • ИОННЫЕ КАНАЛЫ
  • Управляемые
  • Неуправляемые
  • Потенциалзависимые
  • Лигандзависимые
  • Механозависимые
  • Одноворотные, двуворотные

Осмос

  • Осмос – пассивное движение воды через полупроницаемую мембрану по градиенту осмотического давления.
  • Сила, которая определяет движение растворителя, называется осмотическим давлением.
  • Осмотическое давление обусловлено количеством растворенных в воде частиц.
  • Движение воды осуществляется из области с низкой концентрацией частиц в область с высокой концентрацией частиц.
  • Часть осмотического давления, которую создают белки, называют онкотическим давлением.
  • В плазме крови осмотическое давление – 5600 мм рт.ст.,
  • онкотическое – 25-30 мм рт.ст

Активный транспорт

  • Первично активный - транспорт против градиента концентрации, обеспечивается наличием специальных белковых комплексов, именуемых насосами или помпами, и использованием энергии АТФ (транспортные АТФазы).
  • Функция – поддержание постоянства ионного состава.
  • Na, K – АТФаза; К, Н – АТФаза; Са – АТФаза и др.
  • Вторично активный - обеспечивает транспорт веществ белками-переносчиками (углеводов и аминокислот, кальция) против концентрационного градиента за счет энергии транспорта Na+ по концентрационному градиенту.
  • Поддержание концентрационного градиента для Na+ обеспечивается Na, K – АТФазой.
  • Вторично-активный транспорт может быть однонаправленным (симпорт), либо разнонаправленным (антипорт).

Везикулярный транспорт

  • Эндоцитоз – энергозависимый процесс поступления частиц в клетку, связанный с участием сократительных белков цитоскелета, кальция для образования везикул:
  • Пиноцитоз – служит для поглощения небольших капелек растворенных веществ, белков, холестерола из ЛНП.
  • Фагоцитоз – служит для поглощения крупных частиц (бактерии, клетки, частицы разрушенной ткани).
  • Эндоцитоз может быть активирован после взаимодействия лиганда с рецептором. Например, холестерин и железо поступают в клетку путем опосредованного рецептором эндоцитоза.
  • Экзоцитоз – энергозависимый процесс выделения веществ из клетки. Например, синтез и выделение гормонов, нейротрансмиттеров, пищеварительных ферментов.

Раздражимость способность живой материи активно отвечать на воздействие внешней и внутренней среды изменением обменных процессов.

  • Раздражимость способность живой материи активно отвечать на воздействие внешней и внутренней среды изменением обменных процессов.
  • Раздражитель – это изменение внешней или внутренней среды организма, воспринимаемое клетками и вызывающее ответную реакцию.
  • Возбудимость - способность ткани отвечать на раздражение быстрой деполяризацией мембраны, т.е. генерацией потенциала действия (ПД).
  • Возбудимостью обладают нервная, мышечная и железистая ткани.
  • Возбуждениепроцесс, характеризующийся изменением обмена клетки в ответ на раздражение в виде временной быстрой деполяризации мембраны, т.е. генерации ПД.
  • Ответные реакции биосистемы:
  • нервной клетки - проведение нервного импульса,
  • мышечной клетки – сокращение,
  • секреторной – синтез и выделение биологически активного вещества.

История учения о биотоках

  • Луиджи Гальвани (1737-1798)
  • Алессандро Вольта (1745-1827)
  • Вольтов столб, состоящий из металлических дисков, разделенных кружками мокрой ткани.
  • Второй опыт Гальвани

Э. Дюбуа-Реймон:

  • Э. Дюбуа-Реймон:
  • Поврежденный участок мембраны – заряжен «-», а неповрежденный – «+».
  • Мембранно–ионная теория (Ходжкин, Хаксли, Катц (1949-1952). Нобелевская премия в 1963 году.
  • Мембранный потенциал покоя (МПП) - разность потенциалов между наружной и внутренней сторонами мембраны.
  • Суть теории – мембранный потенциал покоя возникает благодаря направленному движению заряженных частиц.
  • В основном это диффузия ионов К+ через мембрану клетки из внутриклеточной среды во внеклеточную.
  • При создании мембранного потенциала покоя важную роль играют процессы простой диффузии через белковые каналы в мембране и первично активного транспорта.
  • Л.Гальвани: Ток покоя - ток между поврежденным и неповрежденным участками мембраны.

Методы регистрации МПП

  • Обнаружить МПП можно с помощью второго опыта Гальвани (ток покоя).
  • Для измерения потенциала покоя используют микроэлектродную технику (“patch- clamp”).

Мембранный потенциал покоя

  • При создании мембранного потенциала покоя важную роль
  • играют процессы простой диффузии через белковые каналы в
  • мембране и первично активного транспорта.
  • Поддержание трансмембранного потенциала (МПП)
  • предопределено:
  • 1. Электрохимическим градиентом для K+, Na+, Cl-;
  • 2. Избирательно высокой проницаемостью мембраны
  • для К+;
  • 3. Наличием активного транспорта (Nа+,К+- насоса) в
  • мембране.

1. Электрохимический градиент для ионов

  • Градиент составляют два компонента:
  • - электрический (статический - в результате того, что мембрана
  • непроницаема для анионов клетки - глутамата, аспартата,
  • органических фосфатов, белков, на внутренней поверхности
  • мембраны образуется избыток отрицательно заряженных
  • частиц, а на наружной – избыток положительно заряженных
  • частиц);
  • - химический градиент концентрации ионов по обе стороны
  • мембраны (концентрация внутри К+ клетки больше, чем вне, а
  • для ионов Na+ наоборот).

2. Высокая избирательная проницаемость мембраны для ионов К+, Na+, Cl-

  • В изолированном гигантском аксоне кальмара проницаемость для ионов составляет:
  • K+ - Na+ - Cl-
  • 1 : 0,04 : 0,45
  • Селективность каналов обусловлена тем, что каждый канал имеет:
  • • устье,
  • • селективный фильтр,
  • • воротной механизм (gate).
  • Проводимость одиночного открытого канала стабильна.
  • Суммарная проницаемость мембраны определяется соотношением открытых и закрытых каналов.

3. Наличие активного транспорта (Nа+,К+- насоса) в мембране

  • Внеклеточное пространство
  • Внутриклеточное пространство

Потенциал действия – это быстрое колебание МПП, возникающее при возбуждении.

  • 1. Фаза быстрой деполяризации
  • 2. Фаза реполяризации
  • 3. Фаза следовой деполяризации или отрицательный следовой потенциал
  • 4. Фаза следовой гиперполяризации или положительный следовой потенциал


Достарыңызбен бөлісу:




©engime.org 2024
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет