172

Методические указания для студента

Лабораторная работа 24

Тема занятия

«Определение коэффициента проницаемости биологических структур на примере гемодиализной плёнки»

Цели и задачи

1. Исследование транспорта молекул метиленового синего через гемодиализную плёнку и определение коэффициента проницаемости плёнки для этого красителя;

2. Изучить принцип действия аппарата «Искусственная почка»;

3. Познакомиться с колориметрическим методом анализа;

4. Изучить устройство и принцип действия фотоэлектрического колориметра-нефелометра и приобрести навыки работы с этим аппаратом;

5. Сделать вывод о физическом смысле коэффициента проницаемости.

6. Обратить внимание студентов на то, что работа аппаратов «Искусственная почка» основана на явлении диализа - избирательного проникновения химических отравляющих веществ, находящихся в крови человека, через полупроницаемую перегородку – мембрану. Мембрана разделяет две жидкости, в одной из которых (в крови) концентрация токсического вещества высока и должна быть понижена. В другой жидкости (диализирующем растворе) концентрация токсического вещества первоначально равна нулю, а по мере его проникновения через мембрану постепенно возрастает.

Основные понятия

Изучить принцип работы фотоэлектроколориметра (ФЭКа), общи понятия о графическом методе, основанным на построении калибровочного графика в координатах «оптическая плотность-концентрация» и совместно со студентами определить оптическую плотность образцовых растворов с помощью ФЭКа.

Как построить калибровочный график данного ФЭка в координатах «оптическая плотность – десятичный логарифм концентрации».

Вопросы к занятию

1. Что такое клеточная проницаемость, какова роль её исследования для практической и теоретической медицины?

2. Основные закономерности проникновения веществ в клетку. Что такое диффузия и концентрационный градиент?

3. Законы Фика и Коллендера-Берлунда. Направление диффузии веществ. Роль клеточной мембраны в проницаемости.

4. Теория простой диффузии. Как объясняет эта теория пути проникновения веществ через мембрану? Что такое период полуобмена, чему он равен для воды.

5. Теория ограниченной диффузии. Особенности проникновения ионов через мембрану. Проникновение кислот и оснований в клетку.

6. Теория облегчённой диффузии. Особенности проникновения углеводов и аминокислот в клетку. Кинетика Михаелиса-Ментен.

7. Схема калий-натриевого насоса клетки. Роль АТФ. Напишите формулу кинетики переноса иона калия через клеточную мембрану.

8. Напишите формулу для расчёта работы по переносу иона против электрохимического градиента.

9. Принцип компартментатности в строении клетки и его значение для функционирования клетки.

10. Понятие об ионных каналах мембраны клетки. Роль протоплазмы клетки в распределении ионов между клеткой и средой.

11. Роль Доннановского равновесия в распределении ионов между клеткой и средой. Приведите формулу Доннановского равновесия.

12. Современные методы изучения структуры мембран, их преимущества и недостатки.

13. Мозаичная теория строения мембран клетки. Роль белков.

14. Структура и функция субъединиц мембран.

15. Свойства мембран. Синтез мембран. Течение мембран.

16. Напишите формулу для расчёта коэффициента проницаемости гемодиализной плёнки.

17. Какова биологическая роль клеточных мембран.

18. Адгезия клеток. Причины снижения адгезивности раковых клеток.

Методические указания к работе (рекомендации) Теоретическая часть

Целый ряд важнейший процессов в клетке, таких как возбуждение, обмен веществ, синтез АТФ, поддержание постоянного ионного состава и другие, связаны с переносом веществ через биологические мембраны. Про­ницаемость мембран для различных веществ — это одна из важнейших функ­ций мембран, определяющих скорость протекания биохимической реакции в организме и нарушение ее ведет к развитию многих заболеваний. Измене­ние скорости переноса веществ приводит, в частности, к нарушению воз­будимости клеток, водно-солевого обмена, нарушению биоэнергетических и других процессов. Действие многих лекарственных препаратов основано на коррекции таких изменений.

Принято различать активный и пассивный транспорт молекул и ионов через клеточную мембрану. При этом основным способом проникновения веществ через мембрану является пассивный транспорт.

Контакт живого организма с внешней средой осуществляется через ткани эпителия, который покрывает внешнюю поверхность тела и выстилает пищеварительную, выделительную и дыхательную системы. Эпителиальные ткани представляют собой много мембранные системы, в которых происходит активный и пассивный транспорт различный веществ. При этом не только активный, но и пассивный транспорт многих веществ через эпителий имеет односторонний характер, то есть ткани эпителия хорошо пропускают ве­щества в одном направлении, например, из организма наружу и практичес­ки не пропускают то же вещество в обратном направлении.

Мембраны имеют огромное значение в создании структуры клеток. Мембраны окружают всю цитоплазму, образуют оболочки всех органоидов и включений клетки; ядра, митохондрий, лизосом.

Односторонней проницаемостью обладает целлофан (гемодиализная пленка). Сквозь целлофановую пленку не могут проникать форменные эле­менты крови, молекулы белка, бактерии и вирусы, тогда как более мелкие частицы, как например, молекулы глюкозы, мочевины и ионы солей, а так­же некоторые вещества, являющиеся продуктами распада веществ, свободно проходят через целлофановую пленку.

В 1938 году была создана искусственная почка, в которой впервые в качестве полупроницаемой мембраны использовались трубки из целлофана. Работа этих аппаратов основана на явлении диализа - избирательного проникновения растворенных веществ через полупроницаемую перегородку -мембрану. Мембрана разделяет две жидкости, в одной из которых (в кро­ви) концентрация токсического вещества высока и должна быть понижена, а в другой (диализирующем растворе) первоначально равна нулю, а по ме­ре проникновения токсического вещества через перегородки постепенно возрастает.

Для количественной оценки проницаемости гемодиализной пленки мож­но воспользоваться формулой Коллендера- Берлунда:

dm/dt =P^. S^. (C₁-C₂),

где dm/dt - скорость проникновения вещества через гемодиалнзную пленку,

Cl, C2 - концентрации вещества по обе стороны пленки,

S - площадь пленки,

Р - коэффициент проницаемости гемодиализной пленки,

t - время диффузии.

Эта формула позволяет определить коэффициент проницаемости (Р) , если известна разность концентраций, площадь (S),через которую осущест­вляется диффузия , количество вещества (m) , проникшего через гемодиализную пленку.

P =m/[S ^. (C₁-C₂) ^. t].