3. Цілі заняття:
3.1. Загальні цілі:
Вивчити фізичні властивості біологічних мембран і основні фізичні процеси, що відбуваються в них.
3.2. Конкретні цілі:
Знати:
1. Будова й функції мембран.
2. Фізичні властивості мембран.
3. Основні моделі мембран.
4. Особливості й види пасивного транспорту.
5. Види й механізми активного транспорту.
6. Механізми полегшеної й обмінної дифузії.
7. Особливості явищ осмосу й фільтрації.
8. Механізм роботи калій-натрієвого насосу.
9. Природу мембранного потенціалу.
10. Механізм виникнення потенціалів спокою й дії.
11. Механізм поширення потенціалу дії по нервовому волокну.
12. Фізичний зміст постійної довжини нервового волокна.
-Вміти:
1. Дати порівняльну характеристику дифузії нейтральних молекул і заряджених частинок.
2. Дати математичний запис і провести аналіз рівняння Фіка й Нернста-Планка.
3. Дати порівняльну характеристику механізмів пасивного й активного транспорту.
4. Указати границі використання потенціалу Доннана.
5. Указати границі застосування рівноважного потенціалу Нернста.
6. Знайти основні відмінності між рівноважним і стаціонарним станами системи.
7. Використовуючи стаціонарний потенціал Гольдмана-Ходжкина, математично одержати (як окремі випадки) потенціали Доннана й Нернста.
8. Зробити основні висновки із досвідів Ходжкина, Хаксти й Катца.
4. Матеріали доаудиторної самостійної підготовки (міждисциплінарна інтеграція).
|
№№ п.п. |
Дисципліни |
Знати |
Вміти |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
1. |
Попередні дисципліни 1. Фізика (курс середньої школи) 2. Біологія 3. Математика з елементами вищої математики
|
1. Основні положення МКТ. 2. Фізичну суть явищ дифузії, осмоса, теплопровідності, електропровідності. |
Дати математичний запис, словесну формуліровку й графічну інтерпретацію основних законів і формул. |
|
2. |
Наступні дисципліни 1. Гістологія 2. Фармакология 3. Фізіологія |
1. Будова й функції мембран. 2. Фізичні властивості мембран. 3. Методи дослідження мембран. |
1. Провести порівняльну характеристику різним моделям мембран. 2. Дати порівняльну характеристику різних методів вивчення мембран. |
|
3.
|
Внутрипредметна інтеграція 1. Молекулярна фізика 3. Реологія 4. Механічні властивості рідин 5. Електродинаміка |
1. Основні закономірністі явищ переноса. 2. Основні фізичні властивості рідин і рідких кристалів. 3. Основні поняття електростатики: заряд, потенціал, напружені-сть електричного поля. |
1. Записати рівняння переносу у випадку прост-рово переміщення маси, імпульсу, енергії, теплоти, електричного заряду. 2. Застосовувати закони электродинаміки для пояснення механізму розповсюдження нервового імпульсу. |
5. Зміст теми
1. Будова біологічної мембрани.
У цей час можна вважати встановленим той факт, що основою клітинної мембрани є подвійний шар фосфоліпідних молекул, для яких характерними є властивості гидрофільності "голівок" (1) і гидрофобності "хвостів" (2) (див. мал. І). На поверхні й усередині біліпідного шару перебувають білкові з'єднання - поверхневі (3) і інтегровані (4) білки й інші утворення. Товщина біліпідного шару порядку 6-10 нм - однак, фізико-хімічні характеристики (густина, в'язкість, поверхневий натяг і т.д.) саме цього компонента є реальною основою відділення речовини клітки від вещества навколишнього середовища.
Рис.1
Цілий ряд процесів у клітці, наприклад, синтез АТФ, поддержання сталості концентраційного складу й змісту води, пов'язаний з переносом речовин через біологічні мембрани. Зміна швидкісті переносу речовин може приводити до порушення біоенергетичних процесів і, відповідно, до різних захворювань.
Основні види транспорту речовин
Розрізняють активний і пасивний перенос (транспорт) нейтральних речовин і іонів.
Активний транспорт має місце при витраті енергії (в основному за рахунок гідролізу АТФ).
Пасивний - обумовлений різницею (градієнтом) концентрацій і (для іонів) електричного потенціалу усередині й поза кліткою. Пасивний транспорт здійснюється убік зменшення електрохімічного потенціалу.
Можно виділити: звичайну (просту) дифузію, дифузію з активним переносником (речовина переноситься разом з яким-небудь носієм) і дифузію з пасивним переносником (молекули речовини, що здійснюють перенос, залишаються на своїх місцях). Крім того, виділяють ще один вид переносу - полегшений транспорт.