8. Простая диффузия. Уравнение Фика. Уравнение Нернста-Планка.

Пассивный транспорт — перенос веществ по градиенту концентрации из области высокой концентрации в область низкой, без затрат энергии (например, диффузия, осмос). Диффузия — пассивное перемещение вещества из участка большей концентрации к участку меньшей концентрации. Осмос — пассивное перемещение некоторых веществ через полупроницаемую мембрану (обычно мелкие молекулы проходят, крупные не проходят). Градиент концентрации— это векторная физическая величина, характеризующая величину и направление наибольшего изменения концентрации какого-либо вещества в среде. Например, если рассмотреть две области с различной концентрацией какого-либо вещества, разделенные полупроницаемой мембраной, то градиент концентрации будет направлен из области меньшей концентрации вещества в область с большей его концентрации. Простая диффузия может происходить через липидный слой, через белковую пору (канал), через поры в липидном слое.

Уравнение диффузии (Фика): J=-D*(dc/dx). J – плотность потока, кол-во в-ва, переносимое через единицу площади за единицу времени (моль/см2). dx – градиент конц ции. c – молярная концентрации. D – коэффициент диффузии. J = P (Ci-Co) P – коэффициент проницаемости. Ci и Co – молярная концентрация частиц в клетке и снаружи. k – коэфф. распределения в-ва между водным раствором и липидной фазой мембраны. I – толщина мембраны. P = Dk/I

Уравнение Нернста-Планка – оценка переноса любого вещества.

Um – подвижность диффундирующих частиц. Z– заряд иона F – const Фарадея

dф/dx – градиент мембранного потенциала.

J=-D*(dc/dx)-Um*Z*Fc*(dф/dx)

9. Облегчённая диффузия на примере антибиотиков валиномицина и грамицидина.

Валиномицин представляет собой полимер, повышающий проницаемость мембраны для ионов калия. Он имеет кольцеобразную структуру. Наружная гидрофобная часть его молекулы состоит из боковых цепей валина и контактирует с углеводородной сердцевиной липидного бислоя . Во внутренней полярной области как раз может поместиться один ион калия. Валиномицин переносит ионы калия по его электрохимическому градиенту ; он захватывает этот ион с одной стороны мембраны, диффундирует с ним через бислой и высвобождает на его на другой стороне. Такой перенос совершается в обоих направлениях, поэтому суммарный эффект будет иметь место только в том случае, если при движении переносчика в каком-то одном направлении с ним будет связываться больше ионов калия, чем при движении в другом.

Валиномицин – не фиксированный переносчик.

Градимицин образует специальные ионные каналы, облегчающие перемещение. Он является фиксированным переносчиком.

10. Осмос. Характеристика растворов по величине осмотического давления.

Осмос – движение растворителя через полупроницаемую мембран в сторону более концентрированного раствора.

Pосм.=RTC*i i-изотонический коэфф. (у не электр-в 1). R – универсальная газовая const.

В норме для большинства клеток Pосм = 7,5-8,1 атм. При воспалениях до 20 атм. Сила, противодействующая Pосм – упругая сила стенок мембраны. Хар-ка растворов: изотонические, гипертонические, гипотонические.

11. Фильтрация. Нарушение фильтрационно-реабсорбционного равновесия.

Фильтрация – движение раствора через поры в капиллярной стенке под действием градиента давления.

Реабсорбция – обратное всасывание.

P (онкотическое) – это осмотическое давление, создаваемое белковыми макромолекулами.

За счёт разницы давления крови на артериальном конце капилляров происходит сохранение баланса крови. При нарушении соотношения фильтрованной или реабсорбционной жидкостей возникают отёки. Причины: повышение АД (из-за действия тепла), изменение проницаемости капиллярной стенки.

12. Активный транспорт в-в. Опыт Уиссинга. Принцип работы ионных насосов.

Активный транспорт — перенос вещества через клеточную или внутриклеточную мембрану (трансмембранный А.т.) или через слой клеток (трансцеллюлярный А.т.), протекающий против градиента концентрации из области низкой концентрации в область высокой, т. е. с затратой свободной энергии организма. В большинстве случаев, но не всегда, источником энергии служит энергия макроэргических связей АТФ. За счёт активного транспорта формируются все виды градиентов живой ситемы. И за счёт этого организм остаётся в стационарном состоянии.

Опыт Уиссинга (стр.201 в учебнике).

Принципы работы ионных насосов:

1. Na-K-АТФ-фаза – за счёт гидролиза молекулы АТФ переносится 3 NA+ наружу и 2 K+ внутрь.

2. Ca-АТФ-аза – перенос Ca 2+

3. Н-АТФ-аза – перенос 2 H+

4. В основе работы АТФ-азы лежат перестройки белка при взаимодействии с переносимым ионом под действием энергии гидролиза АТФ.

13. Потенциал покоя: механизм образования, значение.

Потенциа́л поко́я (ПП) - мембранный потенциал возбудимой клетки в невозбужденном состоянии. Он представляет собой разность электрических потенциалов, имеющихся на внутренней и наружной сторонах мембраны и составляет у теплокровных от -55 до -100 мВ[1]. У нейронов и нервных волокон обычно составляет -70 мВ. Измеряется изнутри клетки.

ПП формируется в два этапа.

Первый этап: создание незначительной (-10 мВ) отрицательности внутри клетки за счёт неравного асимметричного обмена Na+ на K+ в соотношении 3 : 2. В результате этого клетку покидает больше положительных зарядов с натрием, чем возвращается в неё с калием. Такая особенность работы натрий-калиевого насоса, осуществляющего взаимообмен этих ионов через мембрану с затратами энергии АТФ, обеспечивает его электрогенность.

Результаты деятельности мембранных ионных насосов-обменников на первом этапе формирования ПП таковы:

1. Дефицит ионов натрия (Na+) в клетке.

2. Избыток ионов калия (K+) в клетке.

3. Появление на мембране слабого электрического потенциала (-10 мВ).

Второй этап: создание значительной (-60 мВ) отрицательности внутри клетки за счёт утечки из неё через мембрану ионов K+. Ионы калия K+ покидают клетку и уносят с собой из неё положительные заряды, доводя отрицательность до -70 мВ.

Итак, мембранный потенциал покоя - это дефицит положительных электрических зарядов внутри клетки, возникающий за счёт утечки из неё положительных ионов калия и электрогенного действия натрий-калиевого насоса.

14. Механизм образования потенциала действия, его свойства. Фазы изменения мембранного потенциала при возбуждении.

Потенциа́л де́йствия — волна возбуждения, перемещающаяся по мембране живой клетки в процессе передачи нервного сигнала. Мембрана живой клетки поляризована — её внутренняя поверхность заряжена отрицательно по отношению к внешней благодаря тому, что в растворе возле её внешней поверхности находится бо́льшее количество положительно заряженных частиц (катионов), а возле внутренней поверхности — бо́льшее количество отрицательно заряженных частиц (анионов). Мембрана обладает избирательной проницаемостью — её проницаемость для различных частиц (атомов или молекул) зависит от их размеров, электрического заряда и химических свойств. Мембрана возбудимой клетки способна быстро менять свою проницаемостъ для определённого вида катионов, вызывая переход положительного заряда с внешней стороны на внутреннюю.

Фазы потенциала действия

1. Предспайк — процесс медленной деполяризации мембраны до критического уровня деполяризации (местное возбуждение, локальный ответ).

2. Пиковый потенциал, или спайк, состоящий из восходящей части (деполяризация мембраны) и нисходящей части (реполяризация мембраны).

3. Отрицательный следовой потенциал — от критического уровня деполяризации до исходного уровня поляризации мембраны (следовая деполяризация).

4. Положительный следовой потенциал — увеличение мембранного потенциала и постепенное возвращение его к исходной величине (следовая гиперполяризация).

15. Биофизика нервного импульса

Не́рвный и́мпульс — импульс возбуждения, распространяющийся по нервному волокну (чаще всего — аксону нервной клетки). Имеет химико-электрическую природу. При помощи передачи нервных импульсов происходит обмен информацией между нейронами и передача информации от нейронов к другим тканям организма.