- •1.Биофизика как наука. Определение, предмет, основные разделы.
- •2. Структурные основы цитоплазматической мембраны её биологическое значение.
- •3. Физические параметры, влияющие на формирование структуры и функции мембраны. Физические свойства мембраны как фазы (формула – электростатической ёмкости).
- •4. Трансмембранный перенос веществ. Пассивный перенос веществ через биомембраны. Основные механизмы пассивного транспорта.
- •5. Основное уравнение диффузии веществ через мембрану (электродиффузное уравнение Нернста-Планка и уравнение Фика). Транспорт веществ через поры (уравнение).
- •8. Диффузный и равновесный потенциалы, механизм формирования потенциалов и их величины (уравнение Гендерсона и Нернста).
- •9. Стационарный потенциал Гольдмана-Ходжкина, механизм формирования и его величина (уравнение Гольдмана-Ходжкина-Катца).
- •10. Электрогенез потенциала действия (графическое изображение, характер направления ионных потоков).
- •11. Понятие авс и их свойства. Распространение волн возбуждения по нервному волокну.
- •12. Модель распространения возбуждения в сердечной мышце. Трансформация волн возбуждения в сердце.
- •13. Характеристики электрического поля точечного заряда (напряжённость, силовые линии, потенциал, эквипотенциальные поверхности).
- •14. Диполь. Характеристика поля диполя (распределение силовых линий, дипольный момент, потенциал диполя).
- •15. Понятие токового диполя. Его потенциал.
- •16. Электрическая модель сердца: а) эквивалентный электрический генератор сердца; б) потенциал поля, создаваемого сердцем; в) модель треугольника Эйнтховена.
- •17. Электропроводность клеток и тканей для цепи постоянного тока. Электрическая поляризация. Виды электрической поляризации.
- •18. Электропроводность клеток и тканей для цепи переменного тока. Импеданс клеток и тканей.
- •19. Исследование биологических объектов с помощью постоянного и переменного электрического тока.
- •20. Структурные и функциональные особенности скелетной мышцы. Модель скользящих нитей.
- •21. Механические свойства мышц.
- •22.Уравнение Хилла. Работа одиночного сокращения.
- •23. Термодинамическая оценка работы мышцы. К.П.Д.
20. Структурные и функциональные особенности скелетной мышцы. Модель скользящих нитей.
Скелетная мышца позвоночных состоит из нескольких тысяч параллельных мышечных волокон диаметром (10-100 мкм), заключенных в общую оболочку. Волокна на каждом конце мышцы переходят в сухожилия, которые закреплены на костной ткани, являются абсолютно упругими элементами и воспринимают напряжение при сокращении мышцы. Через концевую пластинку каждого мышечного волокна присоединяются окончания нервных волокон. Нервный импульс от ЦНС приводит к раздражению группы мышечных волокон (двигательных единиц).
Мышечное волокно, в свою очередь, содержит от 1000 до 2000 параллельных нитей (миофибрилл), диаметром около 1 мкм. Весь пучок миофибрилл заключен в мембране — плазмолемме. Плазмолемма, подобно мембранам других клеток, состоит из трех слоев белков и липидов, общей толщиной около 10 нм и электрически поляризована. Сверху плазмолемма покрыта тонким слоем коллагеновых нитей, обладающих упругими свойствами. Кроме миофибрилл в мышечном волокне содержится много ядер, расположенных вблизи плазмолеммы, и большое количество митохондрий, находящихся между миофибриллами. Ядра состоят из трубочек и пузырьков (цитоплазматический ретикулум), которые выделяют кальций при возбуждении мышечного волокна и удаляют его из саркоплазмы при прекращении мышечного возбуждения. Митохондрии являются центральными образованиями макроэргических соединений, прежде всего АТФ. Молекулы АТФ поступают из митохондрий через саркоплазму к миофибриллам в момент сокращения.
Основной надмолекулярной двигательной структурой мышечных волокон является саркомер. Саркомеры расположены в мышечном волокне последовательно один за другим. Каждый саркомер ограничен Z — пластинками. Между ними находятся тонкие нити, составленные из молекул белка F-актина, и толстые нити, образованные молекулами белка миозина. Нити имеют гексагональную упаковку, так, что каждая толстая нить взаимодействует с 6-ю тонкими нитями, а каждая тонкая нить взаимодействует с 3-мя толстыми нитями. Тонкая нить имеет структуру двойной суперспирали, а каждая спираль состоит из глобулы белка G-актина. Глобула — это пространственное расположение полимерной нити, при которой отдельные звенья имеют определенную пространственную структуру и расположение. Толстые нити также на 50 % состоят из двойной суперспирали молекул миозина, однако, в толстой нити имеются так называемые "шарнирные" участки, где в суперспираль встроены глобулярные головки, расположенные радиально к оси толстой нити. Эти головки расположены по обе стороны толстой нити (их называют мостиками). Два смежных мостика располагаются под углом 120° друг к другу; так что участок из 4 мостиков является повторяющимся элементом и имеет длину 43 нм.
Сокращение (укорочение) мышечного волокна происходит за счет уменьшения длины саркомеров по следующей схеме. При раздражении мышечного волокна нервным импульсом, из саркоплазматического ретикулума поступают ионы кальция, которые активизируют определенные микроучастки тонких нитей, в результате этого актиновые центры становятся доступными для взаимодействия с миозиновыми мостиками.
Структура миозиновой нити не изменяется, а миозиновые мостики изменяют свое направление (наклоняются влево) и проталкивают толстую нить ближе к Z — пластинке, а возбужденная область тонких нитей смещается на один шаг вправо.
Такая кинематика движений надмолекулярных структур при укорочении мышцы называется схемой скользящих нитей. Взаимодействие миозиновых мостиков и актиновых нитей происходит за счет энергии АТФ, находящейся в митохондриях, в присутствии ионов кальция.