20. Гомеостатическая и барьерная функции кожи, печени, селезёнки и иммунной системы. Нервно-мышечная физиология

21. Биотоки. Опыты Гальвани и Дюбуа-Реймона. Потенциал покоя и его природа. Мембранно-ионная теория ю.Бернштейна. Условия и причины поляризации мембраны.

Наблюдение   биоэлектрических   явлений. В конце XVIII в. (1786 г.) профессор анато­мии Болонского университета Луиджи Гальвани провел ряд опытов, положивших начало целенаправленным исследованиям биоэлект­рических явлений. В первом опыте, подвеши­вая препарат обнаженных задних лапок лягу­шек с помощью медного крючка на железной решетке, Л.Гальвани обнаружил, что всякий раз при касании мышцами решетки они от­четливо сокращались. Л.Гальвани высказал предположение о том, что сокращение мышц является следствием воздействия на них электричества, источником которого высту­пают «животные ткани» — мышцы и нервы. Однако другой итальянский исследователь — физик и физиолог Вольта оспорил это заклю­чение. По его мнению, причиной сокраще­ния мышц был электрический ток, возни­кающий в области контакта двух разнород­ных металлов (медь и железо — гальваничес­кая пара) с тканями лягушки. С целью про­верки своей гипотезы Л.Гальвани поставил второй опыт, в котором нерв нервно-мышеч­ного препарата набрасывался на мышцу стеклянным крючком так, чтобы он касался поврежденного и неповрежденного ее участ­ков. В этом случае мышца также сокраща­лась. Второй опыт Л.Гальвани считается опытом, в котором были получены абсолютные доказательства существования «животного электричества».

Б. Регистрация биоэлектрических явлений впервые осуществлена с помощью гальвано­метра, одна из клемм которого присоединя­лась к поврежденному участку мышцы, дру­гая — к неповрежденному [Маттеучи, 1838], при этом стрелка гальванометра отклоня­лась. Размыкание цепи гальванометра со­провождалось возвращением стрелки гальва­нометра в прежнее (нулевое) положение. Еще задолго до появ­ления микроэлектродной техники (конец XIX в.) стало ясно, что «животное электри­чество» обусловлено процессами, происхо­дящими на клеточной мембране (Герман, Дюбуа-Реймон, Бернштейн). В настоящее время достаточно хорошо изучены механиз­мы формирования мембранного потенциала покоя (ПП) и потенциала действия (ПД), т.е. процесса возбуждения клетки. Потенциал покоя: относительно стабильная разность электрических потенциалов между наружной и внутренней средой клетки. Его величина обычно варьируется в пределах -30…-90мВ.(Скелетная мышца: -90мВ, нейрон -70мВ, гладкая мышца -50…-60мВ, эндотелий -20мВ).При регистрации ПП луч осцилографа во время прокола мембраны клетки микроэлектродом отклоняется и показывает отрицательный заряд внутри клетки. ПП составляет основу для возникновения ПД, влияет на транспорт веществ в клетку и из клетки. Механизм формирования ПП: причиной является неодинаковая концентрация анионов и катионов внутри и вне клетки. В нервных и мышечных клетках концентрация К+ внутри клетки примерно в 40 раз больше, чем вне клетки, концентрация натрия вне клетки в 12 раз больше нежели в клетке. Ионов Cl- вне клетки в 20 раз больше, чем внутри. В клетке имеется небольшое количество ионов Mg2+. Кальций в свободном состоянии находится в основном вне клетки. Он содержится в ЭПР, митохондриях. В клетке находятся так же крупномолекулярные анионы – главным образом, это отрицательно заряженные белковые молекулы(глутамат, аспартат),органические фосфаты. Различные ионы распределены неравномерно по обе стороны клеточной мембраны вследствие 1)ее неодинаковой проницаемости для различных ионов 2) результате работы ионных насосов 3)в результате наличия на клеточной мембране поверхностного заряда. 22. Структура клеточных мембран и электролитный состав цитоплазмы, их роль в генезе мембранного потенциала. Натриево-калиевый насос. Ионные каналы мембран.

Фосфолипиды образуют двойной прерывистый слой. В этот слой включены белки, полярные группы которых сохраняют контакт с водной фазой. Некоторые белки пронизывают мембрану насквозь, другие погружены в липидный бислой наполовину. Часть белков связана друг с другом; другие в большей или меньшей степени окружены липидами. Одни из них являются ионными каналами, другие содержат боковые цепи гликозаминогликанов.

Гликокаликс. Поверхность мембраны покрыта гликокаликсом — трехмерной сетью нитей гликозаминогликанов, соединенных между собой при помощи кальциевых мостиков. Гликокаликс обеспечивает механическую прочность мембраны, участвует в межклеточных взаимодействиях, рецепции, иммунологическом дифференцировании, разделяет молекулы веществ, контактирующих с клеткой, по величине и заряду. Липиды. Молекулы липидов, образующих бислой, амфотерны. Своими гидрофильными головками они обращены в сторону водных фаз (межклеточная жидкость и цитоплазма) и формируют внешнюю и внутреннюю поверхности мембраны. Важнейшей особенностью мембранных липидов является способность к перекисному окислению (ПОЛ) с образованием свободных радикалов.

Белки. Функциональное отличие мембраны одной клетки от мембраны другой определяется наличием в ней специфических мембранных белков. Белки, погруженные в фосфолипидный слой и пронизывающие его насквозь, называются внутренними мембранными белками, или белковыми каналами. Другие белки — периферические — прикреплены к поверхности клетки. С учетом выполняемых функций мембранные белки всех клеток делят на 5 классов: белки-насосы, белки-каналы, белки-рецепторы, ферменты и структурные белки. Функции мембран. Важнейшими функциями клеточных мембран являются барьерная, биотрансформирующая, транспортная, рецепторная, генерация электрических потенциалов и образование межклеточных контактов. Белки-каналы представляют собой пути избирательного переноса ионов и заряженных молекул. Механизм переноса связан с конформацией белка-канала, в результате которой он открывается или закрывается. Каналы в зависимости от скорости их активации и переноса ионов делят на быстрые (например, натриевые) и медленные (например, калиевые, кальциевые). Для каждого из переносимых через мембрану вида ионов существуют самостоятельные транспортные системы — ионные каналы (натриевые, калиевые, кальциевые, каналы для хлора), основные свойства и механизмы действия которых сходны. Ионные каналы имеют устье и селективный фильтр, а управляемые каналы – и воротный механизм. Заполнены жидкостью, их размеры 0,3-0,8нм. Если заряд канала противоположен заряду иона, то он притягивается. Ионы, проходя через канал должны избавится от гидратной оболочки, иначе их размеры будут больше размеров канала.Через ионные каналы могут проходить и не заряженные частицы.

Na/K насос. Является электрогенным, т.к за один цикл из клетка выводится 3 иона Na, а возвращаются в клетку 2 иона К. на один цикл работы насоса расходуется одна молекула АТФ. Na/K насос представляет собой интегральный белок, пронизывающий всю толщу клеточной мембраны. Он состоит из 4 полипептидов, имеет центры связывания натрия и калия. В положении белка-переносчика, обращенного стороной связывания ионов натрия внутрь клетки, увеличивается сродство их к Na+. В результате чего к трем участкам переносчика присоединяются три иона Na+. В результате этого активируется АТФаза, обеспечивающая гидролиз АТФ и высвобождение энергии, которая расходуется на изменение конформации белка, при этом его сторона, связанная с тремя натриями, обращается наружу клеточной мембраны. Теперь белок теряет сродство к Na+, последний отщепляется от него, а белок-помпа(переносчик) приобретает сродство к К+. Это снова ведет к изменению конформации переносчика: Сторона, связанная с К+, обращается внутрь клетки, в результате чего белок теряет сродство к ионам калия и отщепляется, а белок-переносчик снова приобретает сродство к Na+ это один цикл работы. См24 вопр