Лекция: Биоэлектрические явления в тканях. Потенциал покоя и потенциал действия нервной клетки. Проведение возбуждения в нервной ткани.
Любой орг-м должен реагировать на условия окр/ср. Эта способность – раздражимость — универс. св-во живых клеток, тканей и целого организма, заключ-ся в способности их реагировать на внешние или внутренние воздействия — раздражители, и приспосабливаться, к измен-ся усл. среды. Изучение механизмов лежащих в основе раздр-ти, привело к представлению об их электрической природе, которая связана, прежде всего, с процессами, протекающими на плазматических мембранах клеток. В 1972 г. Сингер и Николсон предл. жидкостно-мозаичную модель, объясняющую в общих чертах организацию биологических мембран (мембраны — двумерные растворы опред-ным образом ориентирован. глобулярн. белков и липидов). Липидный бислой играет двоякую роль: растворителя для интегральных белков мембраны и барьера проницаемости. Белки выполняют роль насосов, каналов, рецепторов, ферментов и преобразователей энергии. Мембрана выполняет транспортную функцию (активного тран-та — АТФ-азы, пассивного транспорта — ионные каналы (для К)). Натрий-калиевый насос за счет энергии АТФ осуществляет активный перенос ионов Nа+ из клетки и К+ в клетку. Результатом деятельности насоса – возник-е и поддерж-е мембранного потенциала или ПП клетки. ПП — разность потенциалов, существующая у живых клеток в состоянии физиологического покоя, между их цитоплазмой и внеклеточной жидкостью. В основе ПП -неравномерное распределение различных ионов (К+) между вне- и внутриклеточным пространством, создаваемое непрерывной работой Na+/К+-АТФ-азы. Создается химический градиент этих ионов. Часть К «стравливается» через К+-каналы. Вынос дополн., положит. заряда наружу способствует положительному заряжению плазм. мембр. относит. своей внутр. стороны, т.е. возникает потенциал. Избыток полож. ионов снаружи препятст. неогранич. выходу ионов К+ из клетки. Возникает динамическое равновесие, кот. поддерж. ПП..
Различные внешние воздействия способны изменяющие ионную проницаемость мембраны, изменять величины ПП. Его уменьшение — деполяризаця, а увеличение — гиперполяризация. Для большинства тканей изменение потенциала происходит плавно – электротонически- и соответствует изменению силы и времени действия внешнего раздражителя. Но, в некот. тканях (нервной, мышечной, железистой) под действием раздражителя, происходит быстрое измен-е ПП -потенциал действия. Потенциал действия лежит в основе процесса возбуждения (активный физиол. процесс, которым некот. живые клетки отвечают на внешнее воздействие. В естест. усл. внешнее раздражение преобраз. в электрический импульс.
Потенциал действия-быстрое колебание МП, возникающее при возбуждении нервных, мышечных, некоторых железистых и растительных клеток; электрический сигнал, обеспечивающий быструю передачу информации в организме за счёт действия раздражителя. Он действует на систему Na+ — каналов клетки, увеличивая их проницаемость. Ионы поступают в клетку, деполяризуют мембрану. Когда деполяризация достигнет критической величины — порога — процесс становится необратимым. При этом воротный механизм Nа+ канала открывается и входящие по градиенту ионы Na+ деполяризует мембрану полностью. Это состояние автоматического прогрессирующего нарушения мембранного заряда и есть суть возбуждения. Возбужд. пропорц. величине деполяризации, величина деполяризации характер-ся амплитудой ПД и зависит от силы раздражителя. Длительн. деполяр-я мембраны ведет к инактивации Nа-каналов, прекращению входа Na+. Недостаток положительно заряженных ионов (Na+) снаружи мембраны нарушает электрохимическое равновесие — потенциал покоя, что приводит к повышению калиевой проницаемости. Выход ионов калия наружу через неинактивируемые К+ каналы продолжается до восстановления электрохимического градиента т.е. потенциала покоя. Это фаза процесса возбуждения называется реполяризацией. Окончание процесса возбуждения и переход клетки в состояние физиологического покоя сопров-ся активацией Na-K-насоса. В клетке восстанавливается способность к следующему акту возбуждения. Биол. роль электрических процессов, протекающих на плазм. мембр. закл. в поддерж. механизмов, обеспечив. возможность активно реагировать на изменения окр/ср. Эти механизмы лежат в основе процессов восприятия, а, так же, всех форм ответных реакций организма, от элементарных физиол. реакций до сложных форм поведения.
Проводимость — способность живой ткани проводить возбуждение, кот., возникая в рецепторе, распростр. по нервной системе и является для организма информацией, закодиров. в нейроне в виде электр. или хим. сигналов. Способностью к проведению возбуждения обладают практически все возбудимые ткани, но наиболее ярко она выражена в нервной ткани, для кот. проводимость является одной из функций. Распространение возбуждения по нервной системе осуществляется по нервным волокнам (аксонам). Различают мякотные (миелинизированные) нервные волокна, покрытые тонкой шванновской и многосл. миелиновой оболочками и безмякотные (немиелинизированные) — покрытые только шванновской. Скорость распр. нерв. импульсов по нерв. волокнам прямо пропорцион. его диаметру: с утолщением аксонов она увел-ся и всегда выше в миелин. нерв. волокнах. В них импульс распространяется не непрерывно, как в безмякотных, а скачками, от одного перехвата Ранвье к другому (сальтаторное проведение). Распространение потенциала действия по нервному волокну осуществляется по тем же законам, по которым происходит его возникновение на мембране нейрона. В безмиелиновых вол-нах ионы Nа+, входящие в волокно в возбужденном участке мембраны, служат источником тока для возникновения деполяриз. электротонич.о потенциала в соседнем, еще не возбужденном участке. Когда эта деполяризация достигает порога, она вызывает в этом участке возбуждение. Т.о., возбуждение распр. посредством электротон. связи от возбуждаемых участков мембраны к еще не возбужденным. Следующее за возбуждением состояние рефрактерности обеспечивает распространение возбуждения только в одну сторону. Проведение в миелинизированных нервах имеет некоторые особенности. Только очень короткие участки этих волокон, перехваты Ранвье, покрыты обычной клеточной мембраной. В межперехватных участках мембрана образует вокруг клетки многослойную оболочку, кот. значит. увелич. сопротивление мембраны. Поэтому ток здесь, не идет, а потенциал действия от одного перехвата Ранвье к соседним перехватам распространяется через межперехватные участки электротонически и почти без декремента. Время проведения через межперехватные участки практически равно нулю — возбуждение перескакивает от одного перехвата к следующему. Такое проведение без потери времени на межперехватных участках называется сальтаторное. Из-за соей струк-ры эти вол-на проводят ПД очень быстро. Задержка проведения происходит только в перехватах, где электротонический потенциал должен достичь порога и вызвать возбуждение. Мембрана перехвата специализ. для генерации возбуждения: плотность Na+ -каналов здесь примерно в 100 раз выше, чем в немиел. нерв. волокнах. Высокая скорость проведения в миел. участках обеспечивает возможность существования у позвон. большого количества параллельных быстропроводящих нервных путей. В таких нервах все волокна со скоростью проведения выше 3 м/с являются миел; только очень медленные С волокна (волокна группы IV) немиел. Существуют синапсы между нейронами.
5. Дыхание и его роль в жизни растительного и животного организма.
Пути дыхательного обмена растений и животных.
Жизнедеят-ть любого орг-ма сопряжена с энерготратами, в ходе кот. происх. ферментативн. расщепление богатых энергией вещ-в (АТФ). Израсходованные источники восстанавлив-ся сложными путями утилизации питат. в-в, заверщающим звеном которых явл. биол. окисление; Е высвоб-ся за счёт отнятия у субстрата Н+ (МЭТЦ) и соединение его с атомарн. О. При окислении субстрата (глюкоза) выдел-ся СО2, вода и Е.
У растений процесс дыхания начинается в цитоплазме и завершается в митохондриях. Весь процесс принято делить на несколько основных стадий: гликолиз, цикл Кребса и электрон-транспортную цепь. Гликолиз— общий этап дыхания и брожения, происходит в цитоплазме клеток. Осуществляется в отсутствие кислорода и свойствен, всем живым организмам. Путь гликолиза ферментативен и включает девять реакций: одна окислительная (фосфорилирование). В процессе гликолиза 2 АДФ превращаются в 2 АТФ. В конечном итоге обр-ся пируват, для его утилизации нужен О2. Эта часть дыхания осущ-ся в михот-ях в 2 этапа: ЦТК и МЭТЦ. Ферменты ЦТК нах-ся в матриксе мит-рий, куда проник-ют пируват и АТФ, ферменты МЭТЦ – в мембранах крист. В ЦТК кислород прямо не участвует. Итог ЦТК – 1 АТФ и 3НАДН2, Е в форме электронов, которая далее переходит в МЭТЦ. Переносчики электронов в МЭТЦ – цитохромы, а хиноны – протоны. Образуется протонный градиент, способствующий синтезу АТФ из АДФ. В конце цепи электроны захват-ся О2 и объед-ся с протонами с образ-ем мол-лы воды. Этим заверш-ся дыхание. В проц. дыхания из 1 глюкозы обр-ся 36 АТФ.
У жив-ных выделяют: 1)внешнее дых-е (вентиляция лёгких)-обмен газов м/у альвеолами лёгких и атм. возд-м; 2)обмен газов в лёгких м/у альвеол. возд. и кровью путём диффузии; 3)транспорт газов кровью – проц-сс переноса О2 от легких к тканям и СО2 от тканей к лёгким посредством эритроцитов; 4)обмен газов м/у кровью капилляров большого круга кровообращ-я и клетками тканей за сёт диффузии; 5)внутреннее дыхание – биологическое окисление в мит-ях. Обмен газов в легких поддерж-ся их вентиляцией за счёт возвратно-поступательного перемещения воздуха, кот. происх-т за счёт вдоха и выдоха. СО2 подлежит удалению, но он исполь-ся вторично – участвует в регул-ции кислотно-щелочн. равновесия (буферные системы). СО2 соед-ся с гемоглобином и образ. карбгемоглобин.