Nyugalmi membrán potenciál és a hatásmechanizmus potenciál generációs
Nyugalmi membrán potenciál és ionos jellege. A hatásmechanizmus lehetséges generáció. Terjedése az akciós potenciál mielin és az axonok demieiinezett.
1) a nyugalmi potenciál és az akciós potenciál eredendően membránpotenciálokon okozott féligáteresztő sejtmembrán tulajdonságait és az egyenetlen eloszlása az ionok a sejt és a környezet, amely támogatja az aktív transzporttal mechanizmusok, lokalizált maga a membrán.
A belső és külső felületei a sejtmembrán mindig különbséget az elektromos potenciál. Ez a potenciális különbség mérjük olyan állapotban a fiziológiás nyugalmi sejtek, nazyvaetsyapotentsialom többit.
Azt találtuk, hogy az esemény a maradék potenciál okozza elsősorban a jelenléte a koncentráció-gradiens és a káliumionok egyenlőtlen permeabilitása sejtmembránok különböző ionok.
2) Az összes sejtek gerjeszthető szövetek hatására különböző stimulusok elegendő erő, amely képes változó állapotban gerjesztés. Gerjesztés kötelező ismérve az, hogy változik a villamos állam a sejtmembránon. A teljes változás a potenciális különbség a sejt és a környezet, amely akkor egy küszöböt, és tudatküszöb gerjesztő sejtek úgynevezett akciós potenciál.
Az akciós potenciálokat nyújtanak ingerületvezetési gerjesztés idegrostok és kezdeményezik a folyamatot az izom összehúzódás és szekréció mirigyek.
Alapján egy nagy általánosítása kísérleti adatok, azt találtuk, hogy az akciós potenciálokat fordulhat elő, ha a túlzott mértékű, összehasonlítva a többi diffúziós nátrium ionok a környező folyadék a sejtbe.
Kialakulása az akciós potenciál által okozott két ionáramait a membránon keresztül: az áramlás a nátrium-ionok a sejtmembránba vezet újratöltés, és ellentétes irányú áramlását káliumionok okok visszaállítani az eredeti nyugalmi potenciál. Az áramok megközelítőleg azonos nagyságú, de egymástól időben. Ennek köszönhetően váltás időt és okozhat akciós potenciál.
Az akciós potenciál, amely abból adódott az egyik területen az idegsejt, gyorsan terjed szerte a felületét. Terjedése az akciós potenciál által okozott előfordulása úgynevezett helyi keringő áramok között a gerjesztett és gerjesztett részeket sejteket.
Nyugalmi, a külső felülete a sejtmembrán pozitív potenciállal, és a belső - nem. Abban az időben a gerjesztési polaritás fordított membrán: a külső felületet negatív töltésű belsejéhez képest.
A felszínen a sejt áram folyik a helyi oldalon, hogy a gerjesztett izgatott; folyik az ellenkező irányban a sejten belül. Helyi aktuális mint bármely elektromos áram, ez irritálja a szomszédos gerjesztett részek, és növekedést okoz a membrán permeabilitását. Ez ahhoz vezet, hogy csökken a nyugalmi potenciál. Amikor depolarizáció eléri a kritikus értéket, ezek a területek jelennek meg akciós potenciál és a rész, amely korábban izgatott ez idő csökkentése folyamatok zajlanak repolarizáció. Re izgatott része viszont válik töltésű és a feltörekvő helyi áram irritálja őt a következő részben. Ez a folyamat ismétlődik többször, és teszi a terjedését impulzusjelekkel a cella hossza mindkét irányban. A idegrendszerben áthaladását impulzusok csak egy bizonyos irányba jelenléte miatt a szinapszisok, amelynek egyirányú vezetőképessége.
Hatása alatt a helyi áramlatok gerjesztő hullám mentén terjed szál nélkül csillapítás (nondecremental magatartás). Ez annak köszönhető, hogy az a tény, hogy csak a helyi áramok a membrán depolarizálá egy kritikus szintet, és akciós potenciálok minden része a membrán által támogatott független ionos fluxusok merőleges a terjedési irányát a gerjesztési.
A sebesség a pulzus együtt növekszik szálátmérővel. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a növekvő átmérő csökken ellenállás egységnyi hossza a szál.
A idegrostok a terjedési a gerjesztő függ jelenléte vagy hiánya mielinhüvelyek ott. A nem-húsos gerjesztési szálak folytonosan húzódik végig a teljes membrán. Minden alkatrész a membránon, míg egy időben lesz izgatott. Mielinezett idegrostok az izgalom kiterjed némileg eltérő. Myelinhüvelyes idegrostok vastag mielinhüvely, hogy miután 1-3 mm megszakad alkotnak úgynevezett csomópontjainak Ranvier.
Egy elektromos elleni mielin egy szigetelő; fajlagos ellenállásának a 10 Mill. szerese ellenállása a Ringer-oldat. Ennek eredményeként, a helyi áram folyik át a mielinhüvely nem; keringenek a csomópontok között az Ranvier. Gerjesztés hatására az egyik csomópontja Ranvier közte és a következő elfogás felmerülő helyi áramlatok és a lendület, ahogy ugrik a második lehallgatás, a második - a harmadik, stb Egy ilyen módszer ingerület nevezett ugrásszerű. Amikor blokkoló egy csomópont a Ranvier bármely érzéstelenítőt, mint például a kokain, impulzus azonnal átadódik a harmadik lehallgatás. Amikor blokkoló két impulzus további lehallgatás nem terjedhet: az ellenállást az első és a negyedik interception nagy, és a helyi aktuális közöttük egy küszöbértéket elér.
Ennek eredményeként, a módszer a ugrásszerű átviteli sebesség az első impulzus terjedési mielinezett rostok körülbelül 10-szer magasabb, mint a nem-húsos, azonos átmérőjű szálak. Ezen kívül, a módszer ugrásszerű vezetési gerjesztés hatékonyabb, mivel ebben az esetben nincs ionáramait áthaladnak a teljes felületén a sejtek, mint a folytonos terjedési, de csak a felületen keresztül a csomópontok a Ranvier.
A szerkezet és fizikai tulajdonságai a biológiai membránok. A passzív és aktív anyagok szállítására át a biológiai membránokon. A matematikai leírása.
1) A biológiai membránok fontos részei a sejt. Korlátozzák a sejt a környezetből, védi a külső hatásokkal szemben, szabályozott anyagok kicserélődnek a sejt és környezete, elősegítse az elektromos potenciál, részt vesznek egy univerzális energiatároló szintézis - adenozin-trifoszfát (ATP) a mitokondriumban, stb Lényegében .. képező membrán a sejt szerkezete és ellátni a funkcióját. Megsértése sejtmembránok és intracelluláris funkciók fekszik a Ba-ve irreverzíbilis sejtkárosodást és, következésképpen, a fejlesztés a súlyos betegség a szív-és érrendszeri, idegrendszeri, en dokrinnoy rendszerek és így tovább.
Szerkezete és membrán modell.
Minden sejtet körülvett membránokat (citoplazmatikus vagy a külső celluláris membránok). Anélkül, hogy a tartalmát a sejtmembrán csak szeretnék „szétterül” diffúziós vezetne termodinamikai dinamikus egyensúlyt, ami azt jelenti, hogy nincs élet. Azt mondhatjuk, hogy az első cella volt, amikor ő volt képes elkülöníteni a környezettől egy membrán. Az intracelluláris membrán sejt osztva egy sor zárt rekeszt (kompartamentov), amelyek mindegyike végez egy speciális funkciót.
Különbözősége ellenére biológiai funkciók és formája, az összes membránok vannak kialakítva elsősorban a lipidek és a fehérjék. Egyéb vegyületek találhatók a membrán (például szénhidrát) kémiailag kapcsolódik egy lipid-vagy fehérje. A lipid molekula két részből áll: hordozó elektromos töltések (poláris) fejek, amelyek általában egy negyed hosszúság a teljes molekula, és hosszú farok nélkül carry-nek az elektromos töltés (hidrofób). A farok a lipid molekulák - egy hosszú láncú, beépített szén- és hidrogénatomok (zsírsav-maradék). A fej lehet a különböző struktúrák, de ezek töltésű vagy negatívan vagy semleges. A kapcsolat a farok és a fej gyakran a maradékot glicerin.
Egy sor membrán proteinek, hogy végre speciális funkciók különböznek a citoplazma membránon, és a membránokat az intracelluláris struktúrák. Ugyanakkor, annak bármely szerkezeti alapján membrán lipid kettős réteg két monomolekuláris filmet lipidek, egymással szemben hidrofób farok és érintkezik a környezettel poláris fejek. Minden kétrétegű membránok két fő funkciója van: a mátrix és a gáton. Egyrészt, a kettős réteg egy szerkezeti alapja a hely a fő receptor és enzimrendszereknek a sejt, a másik viszont, egy lipid kettős réteg gátat ionok és a víz-oldható molekulák. plazmamembrán az állati és növényi sejtek úgy tűnik, mint egy háromrétegű szerkezet. Az eritrocita plazma membrán áll egy réteg a fény megfelelő foszfolipid kettősréteg, és a két réteg a sötét - ők alkotják a poláros fej és a fehérjék. A vastagsága a membránok, attól függően, hogy a mennyiségű 4 és 13 nm.
Mérése mobilitása molekulák és membránok részecske diffúzió a membránon keresztül azt jelzi, hogy bilipidny réteget úgy viselkedik, mint egy folyadék. Ugyanakkor a membránt rendezett szerkezetét. Ez a két tényező teszi számunkra gondolja, hogy a lipidek a membrán alatt természetes működésének vannak a folyékony kristályos állapotban. A viszkozitás a lipid kettősréteg két nagyságrenddel nagyobb a víz viszkozitását, és megfelel a növényi olaj viszkozitását. Azonban, ha a hőmérséklet csökken fázisátmenet következik be, mint amelynek eredményeként a kétrétegű lipideket át gél (szilárd-kristályos állapotban).
A folyamat a „pla-állította” membrán foszfolipidek, a hőmérséklet növekedésével (balról jobbra). Nyilvánvaló, míg a változó a vastagsága a kettős réteg - a gél állapotban nagyobb, mint a folyadékkristályos .. Upon fázisátalakulások a kettősréteg képezhet csatornákat, amelyeken keresztül át tud hatolni a membránon ionok és a különböző kis molekulatömegű vegyületek, amelyek nem haladják meg a 1-3 nm .
Átjárhatósága membránok különböző anyagok függ a felületi töltés, ami által létrehozott a töltött fejek a lipidek, így a membrán előnyösen negatív töltés. Ez vezet az a tény, hogy a membrán - a víz létrehoz egy interfázis etsya ugrás potenciál (felületi potenciál) azonos előjelű, mint a töltést a membránon. A nagysága ezt a potenciális fontos szerepet játszik a kötődését ion membrán. Amellett, hogy a felületi potenciál a normális működését az enzim-CIÓ membrán receptor komplexek, és döntő fontosságú transzmembrán potenciál, a természet a CO-torogo alábbiakban tárgyaljuk. A nagysága ezt a potenciál 60-90 mV (mínusz jel a citoplazma). Mivel nagyon kis membrán vastagsága, az elektromos mező az ott eléri a körülbelül (6-9) • június 10 V / m.
A membrán a struktúrájában hasonlít a párhuzamos lemezes kondenzátor lemezeket kialakítva felszíni fehérjék, valamint a dielektromos függvény végezzük egy lipid kettős rétegű. A kapacitás ez a kondenzátor képez jelentős mennyiségű (táblázat. 18). A képlet egy síkkondenzátor lehet becsülni permittivitás hidrofób és hidrofil régióit a membrán által ismerve a variációs tartomány a membrán vastagsága. Ezek a becslések lehetővé teszik foszfolipid membrán terület értéke = 2,0-2,2, míg a hidrofil rész a = = 10-20.
A membránok nagy szakítószilárdságú, rezisztens-ség és a rugalmasság. Egy villamosan szigetelő tulajdonságai messze felülmúlja a sok szigetelő anyagok, a cserélhető a szakterületen. A teljes membránfelület a szervekben és szövetekben hatalmas.
Fontos elem a működése membránok képesek átadni, vagy sem, hogy adja át a molekulák (atomok) és ionokat. Lényeges, hogy a valószínűsége az ilyen penetráció óra-részecskék függ az irányok azok mozgását, például egy sejt vagy a sejt, és a különféle molekulák és ionok.
Ezeket a kérdéseket tárgyalja részben a fizika a szállítási jelenségek. Így a kifejezés a visszafordíthatatlan folyamatokat, így a fizikai rendszer proish-dit térbeli mozgás (transzfer) A tömeg, lendület, energia, erő, vagy bármely más fizikai mennyiség.
Hogy transzport jelenségek közé tartoznak diffúzió (anyagtranszport anyag-va), a viszkozitás (momentum transzfer), hővezetés (átadása az energia-ology), elektromos vezetőképesség (elektromos töltés átviteli). Itt és a következő bekezdésekben tartják a legfontosabb a biológiai membránok jelenség: az átutalás az anyag és díj átadása. Szinonimaként részecsketranszport biofizikából kiterjedő terjedési kapott kifejezés részecske teherautók.
2) közlekedési jelenségek passivnomutransportu: molekulák diffúzióját és ionok az irányt nyakuk Men-koncentráció ionok mozgó összhangban az irányba-niem kifejtett erő által rájuk az elektromos tér. Passzív szállítás nem kapcsolódik a költségek kémiai energia. A leggyakoribb besorolása passzív anyagok szállítása a membránon keresztül tartalmaz egy egyszerű diffúzió, diffúziós és a diffúzió a pórusokon keresztül a hordozóval.
Egyszerű diffúzió révén a lipid kettősréteg engedelmeskedik Fick egyenletet a molekuláris J = P (ci-c0) vagy még általánosabban, a semleges és a töltött részecskék - Nernst-Plank egyenlet az élő sejtben biztosítja ezt az oxigén diffúzióját és széndioxid áthatolás. Azonban, az ilyen egyszerű diffúzióval igencsak lassan halad és nem biztosítják a kívánt mennyiségű sejt tápanyagok. Ezért vannak olyan más mechanizmusok passzív anyagok szállítására a membránon keresztül, ezek közé tartozik diffúziós csatornán keresztül (pórus) és a diffúziós a hordozóval kombinációban. Az utóbbi két lehetőség néha megkönnyítette elterjedését.
Néha az úgynevezett csatorna vagy membrán része tartalmazó lipid vagy fehérje molekula, és alkotó járat egy membrán. Ez a csatorna lehetővé teszi, hogy behatolás a membránon keresztül nem csak a kis molekulák, mint például a molekulák-dy, oxigént, hanem a nagyobb ionokat. Csatornák lehet szelektív (szelektivitás) tekintetében különböző ionok, akkor nyilvánvaló a különbség a permeabilitás különböző ionok.
Egy másik „megkönnyebbülés” diffúziós - ion transzport specifikus molekulákat-hordozók. Így ne-renoschik lehet mobil vagy helyhez kötött. Így kötődve egy antibiotikum valinomycin kálium ion komplexet képez oldható lipidek és áthalad a membránon. Molekulák egy másik antibiotikum, gramicidin, alkotnak egy idő-nek lánc a membránon keresztül és a „relé” áttevő-átruházhatóságát simoe a membránon keresztül anyag (nátrium-ionok) egy molekula egy másik hordozót. A képessége, hogy át ionok membránokon át Valinomycin, gramicidin és más hordozók hívták ionofórok.
Amikor a verseny lehetőségét megkönnyítette elterjedését anyagok hasonló szerkezetű kötődési képességét a hordozó molekulához. Ez a diffúziós egyenlet (Fick egyenlet), amely általában írásos formában:
3) Amellett, hogy a passzív transzportot a sejtmembránok a molekulák szállítják nagyobb koncentrációban ionok és - szemben kifejtett erő által rájuk az elektromos tér. Ezt az átadási kérte a nevét aktív transzport. Ha passzív transzport megjelenhet bármilyen féligáteresztő membránok, biológiai és mesterséges, az aktív közlekedési egyedülálló biológiai membránok. Mivel az aktív szállítási visszatartott térbeli inhomogenitása a sejtben (intracelluláris kontrasztanyag az extracelluláris tér), létre és tartja fenn koncentráció gradiens, elektromos potenciálokat és hasonlók. D. Az aktív anyagok szállítására a membránon keresztül végzett hidrolízisével végezzük energia molekulának (ATP).
Szerint a modern koncepciók, a biológiai membránok ionszivattyút - különleges rendszer integráns fehérjék (forgalmi ATPáz). Négyféle ion szivattyúk, amelyek közül hármat transzfert biztosítunk az ionok Na +. K +. Ca 2+ és H + ionok a membránon keresztül az ATP hidrolízise miatt az energia. Me-áttétel protonok a mitokondriális légzési lánc legalább vizsgálták.
Nátrium-kálium pumpa előírt munkálatok a konjugációs transzfer kálium- és nátrium-ionok. Ez azt jelenti, hogy ha egy külső környezetben van a kálium-ionok nem lesz aktív transzport nátrium ionok a sejtből, és fordítva. Más szóval, a nátrium-ionok aktivált nátrium-kálium pumpa a belső felületén a sejtmembrán, és a kálium-ionok - a külső.
Nátrium-kálium pumpa mozog a sejtből a környezetbe három nátrium-ionok cserébe átadása két kálium-ionok beáramlását a sejtbe. Egy közlekedési törvény energiát igényel egy ATP molekula. Így létre és tartja fenn a potenciális különbség a membránon keresztül, a belső részén a cella negatív töltést.