Билет № 2

1. Состав и функции биологических мембран

Все клетки окружены цитоплазматической мембраной, которая ограничивает цитоплазму и большинство внутриклеточных структур, а так же образует единую систему канальцев, складок и замкнутых полостей, расположенных внутри клетки. Толщина не превышает 10 нм, в этой структуре плотно упакованы липиды и белки, поэтому сухой вес мембраны составляет более ½ сухого веса клетки.

В состав входят:

• Липиды - составляют мембранную матрицу. Наибольшее содержание фосфолипидов, в состав также входят сфингомиелины, цереброзиды, холестерин и минорные липиды;

• Белки - составляют вариабельную часть. Могут быть интегральными (погружены в мембрану или пронизывают ее насквозь) и периферическими (на поверхности мембраны и слабо связаны с ней). По другой классификации ферментативные, транспортные, рецепторные, каналообразующие, воротные, структурные;

• Углеводы в виде гликопротеидов и гликолипидов. В состав мембранных углеводов входят: Д-галактоза, Д-глюкоза, Д-фруктоза, Д-манноза и другие;

• Небольшое кол-во воды. Вода делится на свободную, связанную и захваченную. Связанная и свободная вода различается по подвижности молекул воды и растворяющей способности. Наименьшей подвижностью и растворяющей способностью обладает внутренняя связанная вода. Основную часть связанной воды представляет вода гидратных оболочек. Эта вода окружает полярные группы белков и липидов, имеет min подвижность и практически не обладает свойствами растворителя. Свободная вода в порах и каналах. Она является хорошим растворителем, подвижная и обладает всеми свойствами жидкой воды. Захваченная вода обладает изотопным движением, характерным для жидкой воды, является хорошим растворителем. Она встречается в центральной зоне мембран, между ее липидными слоями, но эта вода пространственно делится как с внеклеточной жидкостью, так и с цитоплазмой. У нее нет возможности свободно с ними обмениваться.

Все мембраны выполняют три универсальные функции:

• барьера для ионов обеспечивает селективный, регулируемый, пассивный и активный обмен веществ в клетке с окружающей средой

• матрицы структурной основы для встроенных белков, гликопротеинов и гликолипидов;

• механическую функцию, обеспечивающую прочность и автономность клеток и внутриклеточных структур.

Также существуют специализированные функции:

• Активный перенос K⁺, Na⁺, Ca²⁺, подержание осмотического равновесия;

• Связывание гормонов и включение механизмов внутриклеточной сигнализации;

• Генерация потенциалов покоя и действия, распространение потенциала действия (нервные и мышечные клетки);

• Перенос электронов на кислород и синтез АТФ (окислительное фосфорилирование);

• Перенос ионов кальция из клеточного сока внутрь везикул;

• Поглощение квантов света и генерация внутриклеточного сигнала (клетки зрительного эпителия).

Билет № 2

2. Работа мышцы при различных режимах сокращения. Уравнение Хилла. Механическая эффективность работы мышцы.

Механические свойства мышцы изучаются при сокращениях, одиночных или тетаническом.

Производимая в процессе отдельного одиночного сокращения работа будет зависеть от нагрузки далеко не линейно, поскольку как степень, так и скорость укорочения зависят от нагрузки.

В ранней фазе одиночного сокращения, когда практически постоянна, укорочение за время t равно vt, а произведенная работа

Из этого уравнения следует, что зависимость A от P описывается типичной колоколообразной кривой с

при P=0 и P=P₀ и максимальна в точке

Константа а варьирует от 0,25 до 0,4P_0.

при

Уравнением для A нельзя пользоваться для оценки всей работы, производимой при одиночном сокращении, т.к. оно справедливо в лучшем случае только в ранней линейной фазе укорочения. При одиночном сокращении под большой нагрузкой скорость укорочения остается постоянной лишь в течение ограниченного промежутка.

При достаточно частых импульсах, подаваемых подряд, скажем, при 15 импульсах в 1 с, одиночные сокращения объединяются в тетаническое сокращение, так как каждый следующий импульс попадает в рефрактерный период предыдущего. Работа, производимая мышцей при сокращении, равна, согласно уравнению Хилла,

Если нагрузка в точности равна тому полному изометрическому напряжению, которое мышца способна развить, то никакого внешнего укорочения, конечно, вовсе не пройдет. При другом предельном значении нагрузки – нулевом – скорость укорочения должна быть максимальной.

Э кспериментальные данные удовлетворительно описываются гиперболическим уравнением Хилла , ,

v – скорость укорочения;

P – сила (нагрузка);

P₀ – максимальное изометрическое напряжение, которое может развивать мышца;

b – константа, имеющая размерность скорости;

a – константа, имеющая размерность силы;

Механическая эффективность мышцы может быть определена как отношение получаемой работы к израсходованной энергии