- •Часть1.
- •5 Семестр.
- •19 Занятий по 2 академических часа. Заключительные практические занятия: 7, 13, 19 занятие № 1
- •Последовательный процесс поиска модели
- •Литература
- •Дополнительная литература
- •Рекомендуемая дополнительная литература для самостоятельной работы
- •Занятие № 2
- •Литература
- •Дополнительная литература
- •Рекомендуемая дополнительная литература для самостоятельной работы
- •Занятие № 3
- •Литература
- •Рекомендуемая дополнительная литература для самостоятельной работы
- •Занятие № 4
- •Литература
- •Занятие № 5
- •Литература
- •Занятие № 6
- •Литература
- •Занятие № 7
- •Занятие № 8
- •Литература
- •Занятие № 9
- •Литература
- •Занятие № 10
- •Литература
- •Занятие № 11
- •Литература
- •Занятие № 12
- •Правила, используемые при интерпретации спектров ямр
- •Литература
- •Занятие № 13
- •Занятие № 14-15
- •Открытая ферментативная система с субстратным угнетением
- •Колебания в ферментативных системах Литература
- •Занятие № 16
- •Литература
- •Занятие № 17
- •Термодинамическая вероятность и энтропия
- •Внутренняя энергия и теплосодержание
- •Концентрации натрия и потенциалы внутри и вне клетки (гигантский аксон кальмара в морской воде)
- •Литература
- •Занятие № 18
- •Часть2.
- •6 Семестр.
- •19 Занятий по 3 академических часа. Заключительные практические занятия: 13, 17 занятие № 1 (лабораторная работа)
- •Литература
- •Занятие № 2 (лабораторная работа)
- •Литература
- •Занятие № 3 (лабораторная работа)
- •Литература
- •Занятие № 4 (лабораторная работа)
- •Литература
- •Занятие № 5 (лабораторная работа)
- •Литература
- •Занятие № 6
- •Литература
- •Занятие № 7
- •Литература
- •Занятие № 8
- •Литература
- •Занятие № 9
- •Литература
- •Занятие № 10
- •Литература
- •Занятие № 11
- •Литература
- •Занятие № 12
- •Литература
- •Занятие № 13
- •Занятие № 14
- •Литература
- •Занятие № 15
- •Литература
- •Занятие № 16
- •Литература
- •Занятие № 17
- •Часть3.
- •7 Семестр.
- •18 Занятий по 3,5 академических часа. Заключительные практические занятия: 10, 18 занятие № 1
- •Литература
- •Занятие № 2
- •Литература
- •Занятие № 3
- •Литература
- •Занятие № 4
- •Литература
- •Занятие № 5
- •Литература
- •Занятие № 6
- •Литература
- •Занятие № 7
- •Литература
- •Занятие № 8
- •Литература
- •Занятие № 9
- •Литература
- •Занятие № 10
- •Занятие № 11
- •Литература
- •Занятие № 12
- •Литература
- •Занятие № 13
- •Литература
- •Занятие № 14
- •Литература
- •Занятие № 15
- •Литература
- •Занятие № 16
- •Литература
- •Занятие № 17
- •Литература
- •Занятие № 18
Литература
-
Рубин А.Б. Биофизика. Т 2. – М., 2000, с. 72-204
-
Рубин А.Б. Лекции по биофизике. – М., 1998, Лекция 14-16
-
Антонов В.Ф. Биофизика. – М., 1999, с. 8-111
-
Владимиров Ю.А. Биофизика. – М., 1983, с. 121-136, 147-172
-
Волькенштеин М.В. Биофизика. – М., 1988, с. 341-354, 359-386
Занятие № 8
ТЕМА: Переносчики ионов и ионные каналы
Цель: Изучить физические принципы работы и строения систем, осуществляющих транспорт ионов через мембраны
Живые системы на всех уровнях организации - открытые системы. Поэтому транспорт веществ через биологические мембраны - необходимое условие жизни. С переносом веществ через мембраны связаны процессы метаболизма клетки, биоэнергетические процессы, образование биопотенциалов, генерация нервного импульса и др. Нарушение транспорта веществ через биомембраны приводит к различным патологиям. Лечение часто связано с проникновением лекарств через клеточные мембраны. Эффективность лекарственного препарата в значительной степени зависит от проницаемости для него мембраны.
Вопросы для рассмотрения на занятии:
-
Методы исследования ионного транспорта через мембраны.
-
Бислойные липидные мембраны, гигантский аксон кальмара.
-
Микроэлектродная техника.
-
Техника петч-кламп.
-
Вольтамперные характеристики.
-
Токи через бислойную мембрану. Отклонения от линейности (по приближению Гольдмана) при высоких разностях концентраций ионов как следствие возникающей нелинейности распределения потенциала внутри мембраны.
-
Блокаторы ионных каналов тетродоксин (натрий), тетраметиламмоний (калий).
-
Два типа вольтамперных характеристик (постоянный ток) для мембран.
-
Переносчики ионов и каналы. Каналообразующие агенты. Зависимость проводимости от концентрации ионов.
-
Типы переносчиков: нейтральные, обменный транспорт, липофильные разобщители. Механизм переноса ионов.
-
Ионные каналы. Отличия вольтамперных характеристик калиевых и натриевых каналов.
-
Трехбарьерная модель ионного транспорта. Характер зависимости при лимитирующем центральном барьере и входе в канал.
-
Насыщение каналов. Однорядный характер транспорта при высоких концентрациях ионов.
-
Организация ионных каналов. Селективный фильтр.
Самостоятельная работа
Фермент Na+-K+-АТФаза в плазматической мембране эритроцита совершил шесть циклов. Какое количество ионов натрия и калия при этом было активно транспортировано? Сколько энергии было при этом израсходовано, если гидролиз одного моля АТФ сопровождается освобождением 33,6 кДж? Эффективность процесса энергетического сопряжения считать 100%.
Литература
-
Рубин А.Б. Биофизика. Т 2. – М., 2000, с. 72-204
-
Рубин А.Б. Лекции по биофизике. – М., 1998, Лекция 14-16
-
Антонов В.Ф. Биофизика. – М., 1999, с. 8-111
-
Владимиров Ю.А. Биофизика. – М., 1983, с. 121-136, 147-172
-
Волькенштеин М.В. Биофизика. – М., 1988, с. 341-354, 359-386
Занятие № 9
ТЕМА: Формирование и распространение сигнала в биологических мембранах
Цель: Изучить физические принципы формирования трансмембранных потенциалов и влияние характеристик среды на скорость распространения импульса
Одна из важнейших функций биологической мембраны - генерация и передача биопотенциалов. Это явление лежит в основе возбудимости клеток, регуляции внутриклеточных процессов, работы нервной системы, регуляции мышечного сокращения, рецепции. В медицине на исследование электрических полей, созданных биопотенциалами органов и тканей, основаны диагностические методы: электрокардиография, электроэнцефалография, электромиография и другие. Практикуется лечебное воздействие на ткани и органы внешними электрическими импульсами при электростимуляции. В процессе жизнедеятельности в клетках и тканях могут возникать разности электрических потенциалов: 1) окислительно-восстановительные потенциалы - вследствие переноса электронов от одних молекул к другим; 2) мембранные - вследствие градиента концентрации ионов и переноса ионов через мембрану.
Вопросы для рассмотрения на занятии:
-
Чем определяется потенциал покоя (повторение, эквивалентная схема).
-
Вольтамперные характеристики каналов. Отличия от характеристик переносчиков при постоянном и переменном напряжении.
-
Регистрация токов через мембрану в условиях фиксации потенциала (экспериментальные предпосылки для теории Ходжкина-Хаксли).
-
Блокировка каналов – действие тетродоксина, тетраметиламмония.
-
Регистрация потенциала действия потенциал-зависимых натриевых и калиевых токов. Пороговость действия.
-
Динамика натриевых и калиевых токов.
-
Модель Ходжкина-Хаксли. Воротные механизмы каналов. Три открывающих и один закрывающий потенциал-чувствительных центра для натриевых (по характеру кривой тока во времени); четыре открывающих для калиевых.
-
Современная трактовка воротного механизма – потенциал-чувствительные конформационные перестройки.
-
Обнаружение воротных токов.
-
Распространение импульса – эквивалентная цепь с распределенными элементами. Телеграфное (кабельное уравнение).
-
Решение телеграфного уравнения для стационарных условий: падение напряжения в зависимости от толщины (радиуса) нервного волокна, сопротивления мембраны. Влияние миэлинизации на скорость распространения импульса.
-
Особенности потенциалов в кардиомиоцитах. Влияние кальциевых токов.
-
Инициация сигналов: хемичувствительные каналы (н-холинорецептор), возникновение автоколебаний – осциллятор Теорелла.
-
Контрольная работа: Трансмембранный транспорт.
Самостоятельная работа
Рассчитайте амплитуду потенциала действия, если концентрация калия и натрия внутри клетки возбудимой ткани соответственно: 125 ммоль/л, 1,5 ммоль/л, а снаружи 2,5 ммоль/л и 125 ммоль/л.