Мембраналық потенциалдың генезінің физикалық және физикалық-химиялық механизмдерін зерттеу

Пән: Медицина
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 6 бет
Таңдаулыға:

ДӘРІС

Тақырыбы: «Ходжкин - Хаксли моделі бойынша ион тоқтарының ағуын сипаттау. Жеке каналдардың тәуелсіз жұмысы».

Дәрістің оқу мақсаты: Мембраналық потенциалдың генезінің физикалық және физикалық-химиялық механизмдерін зерттеу. Мембраналық потенциалдардың пайда болуының молекулярлық негізін және олардың қозудың таралуындағы ролін көрсету. Ағзаның функционалды қалпының өзгеруіндегі ақпараттың беру жылдамдығының ролін түсіндіру.

Дәріс жоспары:

1. Ходжкин-Хаксли моделіндегі иондық тоқтардың формалды сипаттамасы

2. Жасушалық мембраналардың иондық каналдары

2. 1. Жеке каналдардың жұмыстарының тәуелсіздігі.

2. 2. Иондық каналдардың өткізгіштігінің дискретті сипаттамасы.

2. 3. Канал параметрлерінің мембраналық потенциалға тәуелдігі.

2. 4. Иондық каналдың құрылымы.

1. ХОДЖКИН-ХАКСЛИ МОДЕЛІНДЕГІ ИОНДЫҚ ТОКТАРДЫҢ ФОРМАЛДЫ СИПАТТАМАСЫ

Потенциалды бекіту әдісінің көмегімен алынған мәліметтер мембрана арқылы ағатын токтарды сандық түрде сипаттауға, сонымен қатар жүйке импульсінің математикалық теориясын алуға мүмкіндік туғызды. Кальмардың аксонындағы иондық токтардың математикалық үлгісінің негізіне қозған аксондағы иондық токтарды ажырату бойынша тәжірибелер жатады. .

Натрийлік каналдардың блокаторын - терродотоксинді (ТТХ) және калийлік каналдардың блокаторын - тетраэтиламмонийді (ТЭА) қолданған кезде және мембранадағы потенциалды бекіткенде үш типті қисық сызықтарды алуға болады (слайд 1)

Бұл тәжірибелердің нәтижелеріне сүйене отырып А. Ходжкин мен А. Хаксли бір қатар принциптерді ойлап шығарған:

Na+және К+әр түрлі тәуелсіз құрылымдармен тасымалданады;
Токтардың өзгерістері мембрананың Na+и К+иондары үшін өтімділігінің өзгерістерінің салдарынан болады.
Мембрананың өткізу қабілеті электр өрісімен реттеледі

Ходжкин және Хакслидің үлгісінде натрий және калий үшін мембрананың өткізгіштігі мембранадағы электр өрісінің әсерінен жылжитын басқаратын бөлшектерімен реттеледі. Егер де канал тек қана бір ғана активтендіретін бөлшектің сол жақтан оң жаққа бағытталған секірісінің әсерінен ашылатын болса, онда иондық каналдардың уақыттағы өткізгіштігі экспоненциалды түрде өзгереді:

, (1)

мұнда - К типті иондар үшін максималды өткізгіштік

Бірақ кальмардың аксонында калийлік өткізгіштіктің кинетикалық қисық сызығығының келесі жағдайда ғана орындалады - калийлік каналдар ашылу үшін мембрананың белгілі бөлігіне 4 активтендіретін бөлшектер келу керек

n - калийлік өтімділігіне әсер тигізетін 4 бөлшек бір жерде жиналатындығының ықтималдығы

Сондықтан мембрананың уақыттың кез келген мезетіндегі калийлік өткізгіштігі тең:

(2),

мұнда - мембрана қатты және ұзақ уақытқа деполяризацияланған кезіндегі максималды өткізгіштік,

n ⁴ - сол уақытта қосылып тұрған g _K , -дың үлесі.

Төртінші дәреже эмпирикалық түрде анықталды

К ⁺ -каналдардың өтімділігін басқаратын бөлшектер n-бөлшектер деп аталады.

К ⁺ -өткізгіштігі енді экспоненциалды түрде емес, одан ақырын өседі. n ⁴ шамасы тек қана n-ның мәні 0, 7-ден асқаннан кейін өсе бастайды .

Ал натрийлік каналдардың өткізгіштігінің математикалық сипаттамасын алу жолында Ходжкин мен Хаксли бірқатар қиындықтармен кездескен. Олар бірнеше гипотезалардың ішінен қайсысына сүйенетіндігіне көп ойланған. Бірнеше гипотезалардың арасынан келесіні таңдаған.

Na-өткізгіштігі активтендіретін m және инактивтендіретін h бөлшектердің болуынан тәуелді. Канал ашылу үшін белгілі бөлікке үш m-бөлшек түсу керек. Мембрана арқылы бір инактивтендіретін бөлшек өткенде канал жабылады. Сонымен Na-өткізгіштігінің өзгерістері мынадай келесі тепе-теңдікке бағынады:

(3)

мұнда - максималь Na-өткізгіштігі,

m - белгілі бөлікте бір m-бөлшектің болу ықтималдығы,

h - белсенділікті жоятын бөлшектің болмау ықтималдығы.

Зарядталған бөлшектерді мембрананың сол жағынан оң жағына көшіретін электр өрісі қосылғанда, m 0-ден 1-ге дейін өзгереді, ал h 0-ге тең болады. Мембраналық потенциалдарының тууын сипаттайтын тепе-теңдіктердің жүйесі слайдта көрсетілген (слайд 3) .

Бұл математикалық үлгі аксонның мембранасымен генерациялайтын жүйке импульсін әр түрлі тәжірибелерде алуға мүмкіндік береді. Түрлендірілген үлгі миелин жүйке талшықтарындағы электр қозуын иммитациялауға мүмкіндік туғызды.

2. Жасушалық мембраналардың иондық каналдары

Иондық каналдар селективтілік немесе таңдаушылық қабілетіне ие. Мембрананың өткізгіштігі мембраналық бет бірлігіне келетін ашық каналдардың санына тәуелді.

2. 1. Жеке каналдардың жұмыстарының тәуелсіздігі.

Токтың канал арқылы ағуы токтың басқа каналдар арқылы ағуынан тәуелді емес. Мысалы, калийлік каналдар ашық не жабық болуы мүмкін, ал басқа каналдар арқылы (мысалы, натрийлік) ағатын ток өзгермейді. Бір типті каналдардың қалыптары басқа типтің каналдарының қалыптарына мембраналық потенциалдың өзгертуі арқылы әсерін тигізеді

2. 2. Иондық каналдардың өткізгіштігінің дискретті сипаттамасы.

Иондық каналдар - мембрананы тігіп өтетін ақуыздан тұратын комплекс. Оның ортасында иондар өтетін қуыс болады. Егер де біз натрийлік каналдың блокаторы тетродотоксиннің радиобелсенді белгіленген молекулаларын қолдансақ, мембрананың бетінің 1 мкм ² ауданына келетін каналдар санын анықтай аламыз. Кальмардың аксонының 1 мкм ² ауданына 500 натрийлік канал сәйкес келеді.

Микроэлектродтық техниканы қолдана отырып ұзындығы 1 см және қалыңдығы 1 мм (ауданы - 3 • 10 ⁷ мкм ² ) тең кальмардың аксонында потенциалды бекіту арқылы мембрананың қосынды жауабын, яғни 500 • 3 • 10 ⁷ ~ 10 ¹⁰ иондық каналдардың өткізгіштігін бағалауға болады. Қосынды токтардың өлшеуі және сол токтар арқылы өткізгіштерді талдау уақыт аралығында созылыңқы өзгеретін қисық сызықтарды береді (слайд 4) .

Жеке каналдың жауабы - дискреттік (слайд 5) және канал не ашық не жабық калыпта болуы мүмкін. Қалыптар арасындағы көшулер статистикалық заңдылықтарға бағынады Канал ашық болған уақытты каналдың ашық қалпының уақыты деп атайды, ал каналдың ашылуының ықтималдығы жоғары уақытты каналдың өмір сүру уақыты деп атайды.

Деполяризация натрийлік каналдардың ашылуының ықтималдығының өсуіне әкеледі, ал натрийлік каналдардың ашылуы оның жабылуының ықтималдығының жоғарылауына әкеледі.

2. 3. Каналдың параметрлерінің мембраналық потенциалға тәуелдігі.

Таңдаушылық, яғни селективтік қабілетімен қатар иондық каналдар мембраналық потенциал өзгерген кезде өздерінің өтімділігін өзгерте алады. Мембрананың деполяризациясынан кейін сәйкес келетін токтар өзгере бастайды, олардың кинетикалары әр түрлі болады (слайд 6) .

Иондық каналдың потенциалдан тәуелдігінің негізінде келесі құбылыс жатады. Оңдай каналдың молекуласы зарядтарға ие және ол зарядтар мембраналық потенциалдың әсерінен өзгереді. Сонымен, каналдың құрамына электр өрісінің өзгеруінің сенсоры кіретіндігі туралы айтуға болады (слайд 7) .

Иондық каналдар басқа әсерлерге де сезімтал болуы мүмкін - механикалық деформацияларға, химиялық заттарға және т. б.

Мембраналардағы иондық каналдарды зерттеу - қазіргі замандағы биофизиканың негізгі мәселелерінің бірі.

2. 4. Иондық каналдың құрылымы.

Кез келген иондық селективтік канал келесі бөліктерден тұрады (слайд 7) . Биқабатға батырылған ақуыздық бөлігі канал денесі деп аталады. Селективтік фильтрді оттектің теріс зарядталған атомдары құрайды. Олар тек қана белгілі диаметрге ие иондарды өткізіп тұрады. Каналдың кірісінде қақпалық бөлігі орналасады. Иондық каналдың қақпалары мембраналық потенциалымен реттеледі. Олар не ашық не жабық қалыпта болады. Натрийлік каналдардың тұрақты қалпы - жабық қалпы. Электр өрісінің әсерінен ашық қалпының ықтималдығы жоғарылайды да қақпалар ашылады, гидратацияланған иондардың ағыны селективті фильтр арқылы өтуге мүмкіндік алады.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.