Физа_экз

В зависимости от сигнала, который вызывает открытие активационных ворот, селективные ионные каналы подразделяют на:

•хемочувствительные – регуляция лигандом;

•потенциалзависимые – регуляция мембранным потенциалом;

•механочувствительные – реагируют на деформацию мембраны.

16. Диффузия через мембранные ионные каналы. Диффузионное равновесие ионов. Формула диффузионного потенциала (Гендерсона), формула равновесного потенциала (Нернста), уравнение Гольдмана или уравнение постоянного поля.

Диффузия через бислой – диффузия газов и жирорастворимых соединений через мембрану по градиенту концентрации – возможна благодаря особой структуре фосфолипидов.

1.Простая диффузия - газы, стероидные гормоны, жирорастворимые вещества

2.Облегченная диффузия - с белком-переносчиком по градиенту (транспорт глюкозы)

3.Диффузия через ионные каналы, водные каналы – пассивный ионный транспорт,

транспорт воды.

Диффузионное равновесие — диффундирующее вещество достигает диффузионного равновесия, когда количество вещества, поступающего в любую область диффузионного пространства в единицу времени, становится равным количеству вещества, покидающего эту область, то есть входные и выходные потоки уравновешиваются.

Диффузный потенциал. Для его возникновения необходим контакт электролитов с различной концентрацией и различной подвижностью анионов и катионов (UH+ » UCl-).

Количественно величина определяется уравнением Гендерсона:

17. Роль пассивного ионного транспорта в формировании потенциала покоя и пассивного электротонического потенциала (ПЭП). Локальный ответ, его характеристика, механизм его возникновения, отличия от ПЭП.

Мембранный потенциал (или потенциал покоя) – это разность потенциалов между наружной и внутренней поверхностью мембраны в состоянии относительного физиологического покоя. Потенциал покоя возникает в результате двух причин:

1)неодинакового распределения ионов по обе стороны мембраны;

2)избирательной проницаемости мембраны для ионов. В состоянии покоя мембрана неодинаково проницаема для различных ионов. Клеточная мембрана проницаема для ионов K, малопроницаема для ионов Na и непроницаема для органических веществ. За счет этих двух факторов создаются условия для движения ионов. Это движение осуществляется без затрат энергии путем пассивного транспорта – диффузией в результате разности концент рации ионов.

Пассивные изменения потенциала зависят от электрической емкости и электрического сопротивления самой мембраны. Они связаны с воздействиями на мембраны раздражителей, которые изменяют потенциал покоя, но не влияют при этом на ионную проницаемость каналов. Электротонические (пассивные) потенциалы способны изменять величину порогового потенциала и соответственно повышают или уменьшают возбудимость мембраны. После прекращения действия раздражителя мембранный потенциал возвращается к исходному состоянию.

По сравнению с электротоническим потенциалом локальный ответ имеет более высокую амплитуду. По свойствам локальный ответ отличается от электротонического потенциала. По ряду свойств локальный ответ приближается к потенциалу действия. Он способен к самостоятельному развитию: сначала к нарастанию, а затем к снижению после окончания вызвавшего его стимула. Однако от потенциала действия локальный ответ отличается тем, что:

1)не имеет четкого порога возникновения,

2)не сопровождается абсолютной рефрактерностью, возбудимость во время локального ответа обычно повышена,

3)способен к суммации при нанесении второго подпорогового стимула на фоне ответа от предыдущего раздражения,

4)не подчиняется правилу "все или ничего”.

ПЭПТ

Локальный ответ

18-19. Ионный механизм генерации потенциала действия. Связь различных потенциалов действия с ионными токами. 19. Потенциал действия, его фазы и изменение возбудимости в течение потенциала действия: график и объяснение причины.

В основе потенциала действия лежат последовательно развивающиеся во времени изменения ионной проницаемости клеточной мембраны.

Как отмечалось, в состоянии покоя проницаемость мембраны для калия превышает ее проницаемость для натрия. Вследствие этого поток К'+ из цитоплазмы во внешний раствор превышает противоположно направленный поток Na+ Поэтому наружная сторона мембраны в покое имеет положительный потенциал по отношению к внутренней.

При действии на клетку раздражителя проницаемость мембраны для Na+ резко повышается и в конечном итоге становится примерно в 20 раз больше проницаемости для К'+. Поэтому поток Na+ из внешнего раствора в цитоплазму начинает превышать направленный наружу калиевый ток. Это приводит к изменению знака (реверсии) мембранного потенциала: внутреннее содержимое клетки становится заряженным положительно по отношению к ее наружной поверхности. Указанное изменение мембранного потенциала соответствует восходящей фазе потенциала действия (фаза деполяризации).

Повышение проницаемости мембраны для Na+ продолжается лишь очень короткое время. Вслед за этим проницаемость мембраны для Na+ вновь понижается, а для К+ возрастает. Процесс, ведущий к понижению ранее увеличенной натриевой проницаемости мембраны, назван натриевой инактивацией. В результате инактивации поток Na+ внутрь цитоплазмы резко ослабляется. Увеличение же калиевой проницаемости вызывает усиление потока К+ из цитоплазмы во внешний раствор. В итоге этих двух процессов и происходит реполяризация мембраны: внутреннее содержимое клетки вновь приобретает отрицательный заряд по отношению к наружному раствору. Этому изменению потенциала соответствует нисходящая фаза потенциала действия (фаза реполяризации).

—емкостной ток (протекает по емкости мембраны, изменяя заряд на ней);

—ток, текущий через мембрану.

ВАХ невозбудимой мембраны линейная. При изменении мембранного потенциала от уровня ПП до 0 ее электропроводность остается неизменной. С уменьшением абсолютного значения мембранного потенциала плотность ионного тока сквозь невозбудимую мембрану пропорционально уменьшается( по закону Ома)

ВАХ возбудимой мембраны нелинейная. При уменьшении трансмембранной разности потенциалов до определенного значения(не до 0) плотность ионного тока падает до 0, а затем дальнейшее уменьшение абсолютного значения мембранного потенциала приводит к резкому нарастанию тока, который изменяет направление

22. Молекулярные механизмы регуляции работы ионных каналов. Центры связывания ионных каналов с химическими соединениями на примере натриевых потенциалуправляемых ионных каналов.

Ионные каналы являются ключевыми компонентами клеточных мембран, обеспечивающими прохождение ионов через мембрану и, таким образом, регулирующими биоэлектрическую активность клеток.

-Регуляция мембранным потенциалом: Потенциал-управляемые каналы -Химическая регуляция: Лиганды -Фосфорилирование: Киназы

-Взаимодействие с другими белками: Сигнальные комплексы.

Натриевые потенциал-управляемые ионные каналы (NaV) имеют несколько центров связывания, которые модулируют их активность.

-Сайт связывания с токсинами:

-Тетродотоксин (TTX): Этот нейротоксин связывается с внешней поверхностью NaV, блокируя прохождение Na через канал и предотвращая генерацию потенциала действия.

-Саксафитоксин: Подобно TTX, саксафитоксин блокирует NaV, связываясь с внешней поверхностью и предотвращая ионный ток.

-Сайт связывания с местными анестетиками: Эти вещества связываются с внутренней частью NaV, блокируя ионный ток и вызывая локальную анестезию путем предотвращения генерации и проведения потенциалов действия.

-Сайт связывания с антиэпилептическими препаратами: помогает предотвратить эпилептические припадки.

-Сайт связывания с модуляторами: Протеинкиназы могут фосфорилировать NaV и изменять его чувствительность к деполяризации.

ПРОВЕДЕНИЕ ВОЗБУЖДЕНИЯ ПО НЕРВНОМУ ВОЛОКНУ. СТРУКТУРА И РАБОТА ХИМИЧЕСКОГО И ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СИНАПСОВ.

1. Электротоническое проведение возбуждения в нервном волокне

Возникнув в участке мембраны, возбуждение обладает способностью распространяться по мембране. Это свойство возбуждения имеет важное значение для работы нервной системы.

Возбуждение распространяется по нервным волокнам в обе стороны от места своего возникновения. Условием беспрепятственного распространения возбуждения является морфологическая и функциональная целостность нервного волокна. Возбуждение, распространяющееся по волокну, входящему в состав нерва, не передается на соседние нервные волокна.

Местное возбуждение (электротонический потенциал) распространяется по мембране с затуханием, на небольшое расстояние, без затрат метаболической энергии.

Распространяющееся возбуждение (потенциал действия) проводится без затухания, на сколь угодно большие расстояния, для распространения требуется энергия АТФ.

Вбезмиелиновых нервных волокнах механизм распространения потенциала действия основан на том, что в каждом соседнем участке мембраны волокна происходит генерирование нового потенциала действия (градуальное распространение возбуждения). В миелиновых нервных волокнах потенциалы действия генерируются только в области перехватов Ранвье (скачкообразное распространение возбуждения).

Вмиелиновых нервных волокнах скорость распространения возбуждения выше, чем в безмиелиновых, вследствие скачкообразного (сальтаторного) характера распространения возбуждения.

2.Электрическое и химическое взаимодействие клеток. Проведение возбуждения между клетками Контакты клеток типа Tight junction, intermediate junction, desmosome, communicating junction (with gap junction (single gap junction channels & clusters) и without gap junctions). Их роль в проведении возбуждения

Плотный контакт - это зона характеризуется слияниями внешних листков мембран соседних клеток с образованием одиночной электронно-плотной полосы вдоль контакта и представляет собой сеть ветвящихся тонких гребней.

Промежуточный контакт - есть межклеточная щель (150-200А) заполненная гомогенным материалом низкой электронной плотности.

Десмосома - локальное дискообразное электронно-плотное образование располагающееся параллельно листку каждой клеточной мембраны. Межклеточное пространство - 240А. От каждой десмосомы внутрь расходятся пучки фибрилл.Септированный контакт - межклеточное пространство 150-170А пересекается перегородками.

Щелевой контакт - щель шириной 20-40А. Именно этот тип контакта представляет интерес для физиологии с позиции межклеточного взаимодействия.

3.Химический синапс, его ультраструктура Механизм передачи сигнала в химическом синапсе. Медиаторы. Механизм возникновения постсинаптического потенциала. Понятие об ионотропных и метаботропных рецепторах.

Ультраструктура:

Конечная часть аксона (синаптическое окончание), подходя к иннервируемой клетке, теряет миелиновую оболочку и образует на конце небольшое утолщение (синаптическую бляшку). Ту часть мембраны аксона, которая контактирует с иннервируемой клеткой, называют пресинаптической мембраной. Синаптическая щель – узкое пространство между пресинаптической мембраной и мембраной иннервируемой клетки, которое является непосредственным продолжением межклеточного пространства. Постсинаптическая мембрана – участок мембраны иннервируемой клетки, контактирующий с пресинаптической мембраной через синаптическую щель. Особенности ультраструктуры химического синапса:

• широкая (20–50 нм) синаптическая щель;

• наличие в синаптической бляшке синаптических пузырьков (везикул), заполненных

химическим веществом, при помощи которого передается возбуждение;

• в постсинаптической мембране имеются многочисленные хемочувствительные каналы (в возбуждающем синапсе – для Nа+ , в тормозном – для Cl – и К +), но отсутствуют потенциалчувствительные каналы.

Этапы и механизмы передачи возбуждения в возбуждающем химическом синапсе:

1)Синтез медиатора Медиатором называют химическое вещество, которое обеспечивает одностороннюю

передачу возбуждения в химическом синапсе. Некоторые медиаторы (например, ацетилхолин) синтезируются в цитоплазме синаптического окончания, и там же молекулы медиатора депонируются в синаптических пузырьках. Ферменты, необходимые для синтеза медиатора, образуются в теле нейрона и доставляются в синаптическое окончание путем медленного аксонного транспорта. Другие медиаторы (пептиды и др.) синтезируются и упаковываются в везикулы в теле нейрона, готовые синаптические пузырьки доставляются в синаптичекую бляшку за счет быстрого аксонного транспорта. Синтез медиатора и образование синаптических пузырьков осуществляется непрерывно.

2)Секреция медиатора Содержимое синаптических пузырьков может выбрасываться в синаптическую щель

путем экзоцитоза. При опорожнении одного синаптического пузырька в синаптичекую щель выбрасывается порция медиатора, которая включает около 10000 молекул.

Для активации экзоцитоза необходимы ионы Са2+ . В состоянии покоя уровень Са2+ в синаптическом окончании низок и выделения медиатора практически не происходит. Приход в синаптическое окончание возбуждения приводит к деполяризации пресинаптической мембраны и открытию потенциалчувствительных Са2+ -каналов. Ионы Са++ поступают в цитоплазму синаптического окончания и активируют опорожнение синаптических пузырьков в синаптическую щель.

3)Взаимодействие медиатора с рецепторами постсинаптической мембраны Молекулы медиатора диффундируют через синаптическую щель и достигают

постсинаптической мембраны, где связываются с рецепторами хемочувствительных Na+ -каналов. Присоединение медиатора к рецептору приводит к открытию Na+ -каналов, через которые в клетку входят ионы Na+. В результате входа в клетку положительно заряженных ионов происходит локальная деполяризация постсинаптической мембраны. 4)Инактивация медиатора Ферменты, находящиеся в синаптической щели, разрушают молекулы медиатора. В

результате происходит закрытие Na+ -каналов и восстановление МП постсинаптической клетки. Некоторые медиаторы (например, адреналин) не разрушаются ферментами, а удаляются из синаптической щели путем быстрого обратного всасывания в синаптическое окончание.

5)Генерация ПД В нейро-мышечном синапсе амплитуда единичного ВПСП (возбуждающий

постсинаптический потенциал) достаточно велика. Поэтому для генерации ПД в мышечной клетке достаточно прихода одного нервного импульса. Генерация ПД в мышечной клетке происходит в области, окружающей постсинаптическую мембрану.

Ионотропные рецепторы непосредственно связаны с ионными каналами клетки. А метаботропные рецепторы не имеют прямой связи с ионными каналами на поверхности клетки или её везикул и осуществляют передачу сигнала на них через те или иные внутриклеточные сигнальные механизмы, нередко — через G-белки.

4.Электричесий и химический синапсы, сравнительная характеристика. Их физиологические свойства, чувствительность к внешним регуляторным воздействиям.

Особенности ультраструктуры электрического синапса: -узкая (около 5 нм) синаптическая щель;

-наличие поперечных канальцев, соединяющих пресинаптическую и постсинаптическую мембрану.

Особенности ультраструктуры химического синапса:

-широкая (20–50 нм) синаптическая щель; -наличие в синаптической бляшке синаптических пузырьков (везикул), заполненных химическим веществом, при помощи

которого передается возбуждение; -в постсинаптической мембране имеются многочисленные хемочувствительные каналы (в возбуждающем синапсе – для

Nа+ , в тормозном – для Cl – и К +), но отсутствуют потенциалчувствительные каналы.

5.Регуляция синаптической передачи (синаптическое облегчение и синаптическая депрессия). Регуляция высвобождения и обратного захвата нейромедиатора. Пресинаптические рецепторы (ауто- и гетерорецепторы). Способы инактивации нейромедиатора

В тормозном химическом синапсе молекулы медиатора, взаимодействуя с рецепторами постсинаптической мембраны, вызывают открытие К+ - и Cl – -хемочувствительных каналов. Вход в клетку Cl– и дополнительная утечка из клетки К+ приводят к гиперполяризации постсинаптической мембраны, которую называют тормозным постсинаптическим потенциалом (ТПСП) . Возникшая гиперполяризация, во-первых, снижает возбудимость клетки. Во-вторых, ТПСП может нейтрализовать возникший в другом месте клетки ВПСП.

Гетерорецепторы отвечают на нейротрансмиттеры, нейромодуляторы или нейрогормоны высвобождающиеся из близлежащих нейронов или других клеток. Гетерорецепторы противопоставляются ауторецепторам, которые чувствительны только к нейротрансмиттерам или гормонам, тех клеток в которых они располагаются. Согласно современным представлениям существует три способа инактивации медиатора: диффузия из синаптической щели; обратный захват пресинаптическим окончанием и ферментативная деградация.

6.Понятие – сигнальная молекула. Классификация сигнальных молекул. Виды межклеточной сигнализации: эндокринная, паракринная, юкстакринная, интракринная.

Клетки-мишени – это клетки, которые специфически взаимодействуют с гормонами с помощью специальных белков-рецепторов. Эти белки-рецепторы располагаются на наружной мембране клетки, или в цитоплазме, или на ядерной мембране и на других органеллах клетки.

Основные этапы гормональной регуляции:

Синтез сигнальной молекулы→ Транспорт сигнальной молекулы→ Связывание сигнальной молекулы с рецептором клетки-мишени→ Связывание сигнальной молекулы с рецептором клетки-мишени→ Активация (ингибирование) внутриклеточной молекулы-

эффектора→ Изменение метаболизма клетки-мишени/ Инактивация сигнальной молекулы -аутокринная регуляция (саморегуляция биохимических процессов в клетки методами

обратной связи, субстратной индукцией, а также с помощью свободно-радикальных метаболитов, супероксида и оксида азота)

-паракринная регуляция (тканевые гормоны, нейромедиаторы) -эндокринная регуляция (истинные гормоны)

7. Физиологическое значение способов ограничения диффузии сигнальных молекул. Роль фосфорилирования и дефосфорилирования в передаче внутриклеточного сигнала

Физиологическое значение.

Значение: для обеспечения локального действия сигнальных молекул, ограничения времени действия молекул.

Способы:

1)Образование межклеточных контактов, ограничивающих диффузию

2)Быстрый эндоцитоз сигнальных молекул соседними клетками

3)Разрушение сигнальных молекул внеклеточными ферментами

4)Быстрое самостоятельное разрушение

5)Иммобилизация во внеклеточном матриксе

6)Образование комплекса с транспортным белком (в составе таких комплексов молекула становится недоступной ни для рецепторов, ни для разрушающих ферментов).

Роль фосфорилирования: (ковалентная модификация фермента, осуществляется протеинкиназами)

1)Изменение конформации белков и активация ферментов (которые в свою очередь тоже могут обладать киназной активностью => волновая активация белков)

2)Создание в молекулах белков стыковочных участков (вовлечение в процесс новых белков, которые взаимодействуют с уже активированными элементами сигнального пути)

Роль дефосфорилирования: (осуществляется протеинфосфатазами)

1)Удаление фосфата и выключение сигнальной цепи

2)Удаление фосфата после активации сигнального пути Виды протеинфосфатаз: серинтреониновая и тирозиновая.

Фосфорилирование модифицирует белки добавлением отрицательно заряженных групп к серинам, треонинам и реже к тирозинам. Эти нейтральные гидрокси аминокислотные остатки типично экспонируются на поверхности и часто между регуляторными субъединицами белка. Фосфорилирование существенно меняет химические свойства белков. В результате белок становится способным распознать, связать, активировать, деактивировать, фосфорилировать или дефосфорилировать свои субстраты. Таким образом, фосфорилирование может включать и выключать ферменты => Фосфорилирование и дефосфорилирование – основной механизм регуляции белковой

активности (протеинфосфатазы убирают эффект фосфорилирования белков).

8. Специфичность лиганд-рецепторного взаимодействия и аффинность. Классификация рецепторов по механизму развития событий и локализации. Особенности передачи сигнала в рецепторах-каналоформерах.

По морфологическому принципу синапсы подразделяют на:

•нейро-мышечные (аксон нейрона контактирует с мышечной клеткой);

•нейро-секреторные (аксон нейрона контактирует с секреторной клеткой);

•нейро-нейрональные (аксон нейрона контактирует с другим нейроном):• аксосоматические (с телом другого нейрона),

•аксо-аксональные (с аксоном другого нейрона),

•аксо-дендритические (с дендритом другого нейрон).

Лигандом называют молекулу, которая может взаимодействовать с участком связывания молекулярного рецептора – специфическим участком молекулы, в основном, белковой природы, встроенной в мембрану клетки (мембранные рецепторы) или находящимся в цитоплазме.

При этом возможно два механизма связывания:

•электрическое притяжение между противоположно заряженными ионными или полярными группами лиганда и участка связывания в белке

•слабое притяжение, обусловленное ван-дер-ваальсовыми силами между неполярными областями двух молекул.

Силу связывания лиганда с участком связывания белка называют аффинностью или сродством. В зависимости от того, с позиции лиганда или участка связывания описывают аффинность, говорят либо об аффинности лиганда по отношению к участку связывания, либо об аффинности участка связывания по отношению к лиганду. В общем

случае говорят об аффинности лиганд-рецепторного взаимодействия.

9. Понятие вторичные мессенджеры, классификация, характеристика.

Вторичный мессенджер гормонов — это вещество, которое передает сигнал от гормона на уровне клетки. Эти вещества выполняют роль посредника между гормоном и реакцией клетки на него. Одним из основных вторичных мессенджеров является циклический аденозинмонофосфат (циклический АМФ).

К наиболее распространенным вторичным посредникам относятся цАМФ (Аденозинмонофосфат) и другие циклические нуклеотиды, ионы кальция, оксид азота. Виды:

1)ионы Са (Са-кальмодулин зависимая протеинкиназа) - передаются через щелевые контакты (гладкие мышцы - перистальтика, сокращение миометрия)

2)циклические нуклеотиды: цАМФ (протеинкиназа A), цГМФ (протеинкиназа G) 3)производные мембранных липидов: инозитол-1,4,5-три-фосфат (IP3) и диацилглицерол (DAG) - протеинкиназа С

4)газы: NO, CO, H2S.

10.G-белки. Классификация, структура, функции. G-белок-ассоциированные рецепторы. Способы передачи сигнала.

G-белки (англ. G proteins) — это семейство белков, относящихся к ГТФазам и функционирующих в качестве вторичных посредников во внутриклеточных сигнальных каскадах. G-белки названы так, поскольку в своём сигнальном механизме они используют замену GDP на GTP как молекулярный функциональный «выключатель» для регулировки клеточных процессов.

G-белки делятся на две основных группы — гетеротримерные («большие») и «малые». Гетеротримерные G-белки — это белки с четвертичной структурой, состоящие из трёх субъединиц: альфа(α), бета (β) и гамма (γ). Малые G-белки — это белки из одной полипептидной цепи, они имеют молекулярную массу 20—25 кДа и относятся к суперсемейству Ras малых ГТФаз. Их единственная полипептидная цепь гомологична α- субъединице гетеротримерных G-белков. Обе группы G-белков участвуют во внутриклеточной сигнализации.

11.Регуляция активности протеинкиназ. G-белки-мономеры. Клеточные эффекты.

Протеинкиназы оказывают значительный эффект на жизнедеятельность клетки, и их активность тщательно регулируется фосфорилированием (в том числе и самофосфорилированием), связыванием с белками-активаторами или белкамиингибиторами и малыми молекулами.

G-белки мономеры гомологичны -субъединицам гетеротримерных G-белков и называются также малыми G-белками

Передают сигнал от активируемых внеклеточными агентами метаботропных рецепторов цитоплазматическим мишеням, таким как элементы цитоскелета и системы везикулярного транспорта.

12.Рецепторы с собственной гуанилатциклазной активностью. Механизм передачи сигнала. Гуанилатциклаза: цитозольная и мембранная. Физиологическая роль.

Рецепторные гуанилатциклазы – трансмембранные белки, способные индуцировать синтез цГМФ, связывающие натрийуретические пептиды, гуанилины и термостабильный бактериальный энтеротоксин. Отличительной чертой рецепторов являются система из 3 петель во внеклеточном домене, образованных дисульфидными связями, и внутриклеточный домен, содержащий примембранный киназа-гомологичный домен и С- концевой гуанилатциклазный домен. Рецепторы с гуанилатциклазной активностью классифицируются на основании входящего в их состав гуанилатциклазного домена (NPR-А, NPR-В, NPR-С). Причём рецептор NPR-С обладает коротким внутриклеточным доменом и существует для связывания избытка сигнального соединения.

Механизм работы рецепторных гуанилатциклаз заключается в связывании киназогомологичными участками молекул АТФ, что позволяет гуанилатциклазным доменам сблизиться и начать выполнять свою функцию. Однако синтез цГМФ прекращается, как только киназогомологичные домены теряют эту способность.