Мембрананың қозуының эквиваленттік электрлік схемасы

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 8 бет
Таңдаулыға:

Жоспар:

•Кіріспе:Биопотенциалдар түсінігі. Әсер потенциалы

•Негізгі бөлім:Автотолқындар және автотолқынды процестер.

•Қорытынды:Автолқындардың таралуы және медицинадағы маңызы

• Қолданылған әдебиеттер

Биологиялық мембрананың ең негізгі атқаратын функциясының бірі - биопотенциалдарды генерациялау мен оларды жеткізіп беру болып табылады. Бұл құбылыс клеткалардың қозу негізінде жүзеге асады, оларға клетка ішінде өтетін процестердің реттелуі, нерв жүйесінің жұмысы, бұлшық еттер жиырылуы мен рецепция жатады.

Медицинада органдар мен ұлпалардың биопотенциалының пайда болуы нәтижесінде олардың электр өрістерін зерттеу емдеу (диагностика) әдістерінің негізі болып табылады. Оларға электрокардиография, электроэнцефалография, электромиография және т. б. жатады.

Ұлпалар мен мүшелерге емдік әсер ету электростимуляция кезінде сыртқы электр импульстары арқылы жүзеге асады.

Өмір сүру процесі кезінде жасуша мен ұлпаларда электр потенциалдарының айрымы пайда болуы мүмкін. Олар 2 жолмен өтеді.

1. Бір молекуладан - 2 ші бір молекулаға электрондардың тасымалдануы нәтижесінде тотығу - тұрақтану потенциалы жүреді.

2. Мембрана арқылы иондардың тасымалдануы яғни иондардың концентрация градиентінің пайда болуы нәтижесінде мембрандық потенциал пайда болады.

Организмде тіркелген биопотенциалдар - бұлар негізінен мембрандық потенциалдар.

Мембрандық потенциалдар деп цитоплазманың ішкі және сыртқы беттерінің арасында пайда болатын потенциалдар айырмын айтамыз.

∆φ _М = φ _іш - φ _сырт

Биопотенциалдарды зерттеу негізінен 3 -түрлі жолмен жүзеге асады:

1. Клетка ішілік потенциалдарды өлшеуге арналған Микроэлектродтық әдісі арқылы.

2. Биопотенциалдарды күшейтетін арнайы күшейткіштер арқылы.

3. Зерттеуге қолайлы үлкен клетка таңдалынып алынды - солардың ішінде Кальмар аксонын пайдаланып жүргізілген тәжірбиелер арқылы.

Кальмар аксонының диаметрі - 0, 5 мм жетеді, бұл омыртқалы жануарлар мен адам аксонынан 100 -1000 есе үлкен.

Осы үлкен гиганттық аксонның маңызды физиологиялық қасиеті - оның нерв импульсінің нерв тамырлары арқылы таралуы өте жылдам өтеді.

Биофизика үшін Кальмар аксоны биологиялық өте құнды модельдік материал болды, сондықтан құрбақа (Париж), ит (С. Петербург) сияқты ғылымға сіңірген еңбегі үшін оған да ескерткіш орнату туралы ұсыныстар болды. Гиганттық Кальмар аксонына оның ешқандайда құрылымын өзгертпей Микроэлектродтарды енгізуге болды. Биоэлектрлік потенциалдар - жануар - адам - өсімдік клеткаларында пайда болатын электрлік потенциалдар айырмасы.

Биоэлектрлік потенциалдар - жануар - адам - өсімдік клеткаларында пайда болатын электрлік потенциалдар айырмасы.

Егер клетканы белгілі бір әдіспен тітіркендірсек ол қозады. Бұл кезде клетканың Физикалық, химиялық және функциялық қасиеттері өзгеріске ұшырайды. Қозған кезде клетка мембранасының электрлік күиі өзгеріске түседі. Клетканың қозған жері оның қозбаған жеріне қарағанда теріс зарядталады.

Клеткаға әсер ететін тітіркендіргіштер алдымен тыныштық потенциалының төменденуіне әкеп соғады. Тыныштық потенциалы төменгі шегіне жеткенен кейін әсер потенциалының активті (белсенді) кезеңі басталады. Әсер потенциалы нерв (жүйке) тамырларымен немесе бұлшық ет тарамдарымен өте үлкен жылдамдықпен тарайды. Оның жылдамдығы 100 м/с жетеді - әсер ету ұзақтығы 2 мс тең.

Клеткаға тітіркендіргішпен әсер еткен кезде сол жердің Na - иондарын өткізу қабілеттілігі орасан зор өседі, ал К ⁺ иондарын өткізу қабілеттілігі өзгеріске ұшырамайды. Соның әсерінен клетканың сыртында жүрген оң зарядталған Na - иондары клетканың ішіне ене бастайды. Сөйтіп мембрананың ішкі жағы оң зарядталады да сыртқы жағы теріс зарядталады. Сонымен, клетканың сыртында жүрген Na - иондарының оның ішіне көптеп енуі - әсер потенциалын туғызады, оның ұзақтығы 0, 5- 2мс. Сонан кейін клетканың Na - иондарын ішкі өткізу қабілеті азаяды да К - иондарын өткізу қабілеттлігі арта түседі. Сөйтіп әсер потенциалы өшеді де, тыныштық потенциалы пайда болады.

Жүйке потенциалының бір жерінде пайда болған әсер потенциалы жылдам тарала бастайды. Сөйтіп ток пайда болады оны әсер тогы деп атайды. Клетканың бетінде бұл ток қозбаған бөліктен қозған бөлікке қарай қозғалса, клетканың ішінде қозған бөліктен қозбаған бөлікке қарай қозғалады. Сөйтіп пайда болған әсер тоғы қозбаған бөліктерге әсер етеді де, оларды тітіркендіреді қоздырады. Сөйтіп бұл бөлікте де әсер потенциалы пайда болады. Сонымен қозу импульсі клетканың 2- жағына бірдей тарала береді. Ал нерв жүйесі импульсті тек белгілі бір бағыта ғана таратады.

Әсер потенциалы - Тыныштық потенциалынан бұрын ашылған ХІХ ғ. электр тоғының нерв бойымен таралатыны анықталды. Гельмгольц нерв импулсінің 1- 100 м/с жылдамдықпен тарайтындығын, ол оның өткізгіш арқылы электр импульсінің таралу жылдамдығынан әлдеқайда кіші екендігі 3*10 ⁸ м/с дәлелдеді. Кейінірек электрлік нерв импульсінің жай таралуы конденсатордың жай зарядталуы мен түсіндірілді, өйткені клеткалы мембрана өте үлкен кедергілі конденсоторға сай келеді. Мембрананың зарядталуының тұрақты уақыты өте үлкен, себебі мембрананың сиымдылығы мен нервтік талшықтың кедергісі үлкен.

Ағылшын физиологы А. Ходжкин өз қызметкерлерімен бірге 20 ғасырдың ортасында нервтік импульстің электр тогының импульсіне сай екендігін ашты.

1963ж Ходжкин, Хаксли, Иклсу- ге медицинадағы нервтік клетканы операциялау деген еңбектері үшін Нобельдік сыйлық берілді.

Әсер потенциалы деп (ӘП) мембрананың иондық өтімділігінің өзгерісінің әсерінен пайда болатын электрлік импульсті және онымен байланысты нерв пен бұлшық етте тарайтын қозу толқынын айтады.

Ходжкин және оның қызметкерлері жоғары Омдық кернеу өлшегіштерін пайдаланып әсер потенциалын зерттеуде өте үлкен аксион кальмарына микроэлектрод және таңбалы атом әдісін қолданып тәжірибелер жасаған.

Тәжірибеде Аксионға енгізілген 2-микроэлектрод пайдаланылған -1- ші микроэлектродқа амплитурасы V - болатын Г - генераторынан тік бұрышты импульс беріледі - бұл мембрананың потенциалын өзгертеді.

Мембрандық потенциал жоғары Омдық кернеулік Р - тіркегіші бар 2 - ші микроэлектрод көмегімен өлшенеді.

Тітіркендіргіш импульс аз ғана уақытқа мембрандық потенциалдың ығысуына әкеліп соғады, ол тез аяқталып тыныштық потенциалы қайтадан қалпына келеді. Егер қозған импульс теріс таңбаға қарай ығысатын болса, онда ол мембрананың гиперполяризациясын туғызады.

Қозған импульс оң болғанда және оның амплитудасы (парогтык) - шектік V _пар амплитудадан кем болса онда әсер потенциалы пайда болады. Бірақ оң деполяризациялық импульстің амплитудасы шектік (парогтық) амплитудадан үлкен болса (V ^пор ) φ _м > φ _м ^пар мембранада мембрандық потенциалдың кенеттен өсуі пайда болып өзінің таңбасын өзгертіп оң потенциалға ие болуы мүмкін.

Мембрандық потенциал кейбір оң Реверсиялық потенциалға жетіп - қайтадан тыныштық потенциалына φ _м ^п қайта оралады, яғни өшетін тербеліс сияқты қозғалыс жасайды.

Нервтік талшықта және бұлшық ет скелетінде әсер потенциалының ұзақтығы 1 мс - ке созылады, ал жүрек бұлшық еттерінде ол ұзақтық 300мс - жетеді. Қозу аяқталғаннан кейін де мембранада 1-3 мс бойы кейбір қалып қойған (остаточное явление) құбылыстар байқалады, бұл кезде мембрана рефракторлы - яғни қозбайтын күйде болады.

Жаңа деполяризациялайтын потенциал V >V ^пор - мембрана толығымен қайтадан тыныштық потенциалына қайта келген соң ғана жаңа әсер потенциалын туғызады. Әсер потенциалының амплитудасы - деполяризациялайтын потенциалдың амплитудасына байланысты болмайды. (егер V < V ^пор болса ғана) .

Егер тыныштық жағдайда мембрана поляризацияланған болса (цитоплазманың потенциалы сыртқы ортаға қарағанда теріс зарядталған болады) онда қозған кезде мембрананың деполяризациясы пайда болады (клетканың ішіндегі потенциал оң) және қозу тоқтағаннан кейін мембрананың реполяризациясы пайда болады.

Әсер потенциалының 4 сипаттың қасиеттері бар:

1. Деполяризациялық потенциалдың порогтық - шектік мәндері болады

2. Егер деполяризациялайтын потенциал шектік потенциалдан үлкен болса ғана әсер потенциалы пайда болады (φ _Д > φ ^пор ), бұл жағдайда оның амплитудасы қоздырғыш импульстың амплитудасына байланысты болмайды. Егер деполяризалағыш потенциалдың амплитудасы шектік (парогтық) потенциалдың амплитудасынан кіші боса (φ _Д < φ _м ^пор ) онда әсер потенциалы пайда болмайды.

3. Қозу күйі тоқтағаннан кейін рефракторлық период пайда болады, яғни әсер потенциалы пайда болғаннан кейін мембрананың қозбайтын кұиі пайда болады.

4. Қозу моменті кезінде мембрананың кедергісі кенеттен кеміп кетеді.

Аксон кальмарында тыныштық күйдегі кедергісі 0, 1 Ом м ² - қозған кездегі 0, 0025 Ом м ² кедергіге дейін кеміп кетеді.

Реверсияның оң потенциалы Na -ионына байланысты, яғни натрий диффузиясы мембрананың ішкі және сыртқы беттерінің арасында оң потенциалдар айрымын туғызады. Сыртқы ортадағы Na - концентрациясын өзгерте отырып әсер потенциалының импульс амплитудасын өзгертуге болады. Сыртқы беттің Na - концентрациясын азайтса әсер потенциалының амплитудасы кемиді. Егер клетканы қоршаған ортадан Na - ионын толығымен шығарып жіберсек онда әсер потенциалы ешуақытта да пайда болмайды.

Na радиоактивті изотопымен жүргізілген тәжірибелер көрсеткендей - қозған кезде Na - үшін өтімділік кенеттен өсіп кетеді.

Тыныштық күйде аксон кальмары үшін мембрананың өтімділік коэффициентінің қатынастары әр түрлі иондар үшін мынандай болады. ал қозған күйде бұл қатынас , яғни қозбаған күйден көрі қозған күйде өтімділік коэффициенті Na үшін 500 есе өсіп кетеді.

Мембрананың қозуы Ходжкин - Хаксли теңдеуімен сипатталады:

Мұндағы: J _М - мембрана арқылы өткен ток. С _М мембрана сиымдылығы, - мембрана арқылы өтетін иондық токтардың қосындысы.

Мембрана арқылы өтетін электрлік ток - иондық токтардың қосындысынан, яғни калий - J _К ⁺ , натрий - J _Nа ^- , хлор иондарының шығын токтарымен, сиымдылық токтарынан тұрады.

.

Сиымдылық тогы конденсатордың зарядталуынан пайда болады. Ол зарядтар мембрана бойымен бір беттен 2 -ші бетке ағып отырады.

Осы - зарядтар ағынының уақыт бойынша өзгерісін, яғни конденсотордың бір бетінен 2 -ші бетіне қарай аққан ағынын сиымдылық тогының шамасы деп атайды.

Конденсатор заряды онда

Толық мембрандық ток

Суретте қозған мембрананың эквиваленті электрлік схемасы берілген. Эквиваленттік электрлік схемада мембрана элементтеріндегі Нернст потенциалының тепе-теңдігі кернеу көздерінің Э. Қ. К. -ен , , , ал мембрана элементтерінің өткізгіштігі әр түрлі иондар үшін , , -резисторларымен модельденеді.

Мембрананың қозуының эквиваленттік электрлік схемасы

Әрбір иондық ток мембрандық потенциалдар айрымымен φ _м және тепе - тендік Нернстің потенциалымен ал, ол берілген ионның φ _i ^p -диффузиясымен анықталады.

(4)

Мұндағы: өткізгіштік

Ходжкин-Хаксли теориясына сәйкес мембрана элменттерінің қозуы Na және K:- иондары үшін мембрана өткізгіштігімен q _n , q _Na байланысты.

Автотолқындар - ортаның біртекті күйінің тұрақтылығын жоғалтуы нәтижесінде пайда болған, параметрлері таралған орталардағы автотербелмелі процестер.

Автотолқындық процестер деп белсенді орталардағы қозу толқындарының таралуын айтады. Автотолқындық процестерді зертеудің негізін 1959 жылы Б. П. Белоусов қалады . Ол церий ионының төрт валентті ионының үш валентті ионына Се3+ Се4+және керісінше периодты түрде өтетіндігін және оның бояының қызылдан көкке және керісінше өтетіндігін анықтады. Автотолқындық процестердің тірі организмдерде кездесетіндігін М. А. Жаботинский әріптестерімен 1970 жылдары дәлелдеді. (гликолиз, фотосинтез)

Автотолқындардың таралуының