Физиология возбудимых тканей: общие вопросы. Физиология биологических мембран

Раздражение и возбуждение как основные типы реакции тканей на раздражение
Подробнее –
Учебник том I, С.27 (осторожно).
Вопрос 1

Раздражение
- неспецифический ответ ткани на действие раздражителя (изменение метаболизма, гиперплазия, гипертрофия …)

Возбуждение
- специфический электрический ответ ткани на действие раздражителя (генерация потенциала действия, рецепторного потенциала, постсинаптического потенциала …)

Примеры
Ткань изменила метаболизм под действием электрического тока. Это раздражение !!!
При растяжении в ткани возник и распространяется потенциал действия. Это возбуждение.

Понятия «ткани», «возбудимые ткани»
Подробнее –
Учебник том I, С.27.
Вопрос 2

Типы тканей
(Р.А.Кёлликер, Ф.Лейдиг)
Нервная
Эпителиальная
Мышечная
Соединительная (внутренней среды)

Определение понятия «ткань»
- совокупность гистологических элементов (клеточных и неклеточных), имеющих общность происхождения, строения и функции

Клеточные гистологические элементы
Клетка
Симпласт
Синцитий

Типы возбудимых тканей
Нервная
Железистый эпителий
Мышечная

При действии раздражителя
В невозбудимой ткани может возникнуть раздражение
В возбудимой ткани может возникнуть раздражение или возбуждение

NB! В физиологии возбудимых тканей
Нет понятия «возбудитель»
Есть понятие «раздражитель» (синоним «стимул»)

Свойства возбудимых тканей
Подробнее –
Учебник том I, С.27.
Вопрос 3

Свойства возбудимых тканей
Возбудимость
Проводимость
Автоматизм
Специфический ответ (сократимость, секреция)

Лабильность – характеристика, а не свойство возбудимой ткани.

Понятие «биологическая мембрана»
Подробнее –
Учебник том I, С.28-34.
Вопрос 4

Понятие «элементарная биологическая мембрана»
было введено Дж.Робертсоном — в 1963 г

Понятие «элементарная биологическая мембрана»
Принцип построения всех биологических мембран одинаков, независимо от того, какой клетки (растительной или животной) или клеточной органелле она принадлежит.

Биологическая мембрана
Структура, имеющая общий план строения – бислой фосфолипидов и включённые в него белки
Структура, отделяющая клетку от внешней среды и формирующая внутриклеточные органеллы (мембранные).
Структура обеспечивающая взаимодействие клетки и органелл с окружающей их средой.

Понятие «элементарная биологическая мембрана»
Как отметил Д.Бернал, «только после образования мембраны вокруг всей клетки мы действительно имеем то, что с полным правом может быть названо организмом».

Как увидели биологическую мембрану ?

История изучения биологической мембраны
Известный рисунок
Р. Гука: микроскопическая структура тонкого среза пробковой ткани.

История изучения биологической мембраны
Даже с помощью электронного микроскопа разглядеть биомембрану сложно

История изучения биологической мембраны

История изучения биологической мембраны

История изучения биологической мембраны
Это все равно, что узнать на фотографии человека, если матрица изображения 5×5

История изучения биологической мембраны
А вот изображение с матрицей 1024×1024 того же человека

Биологическую мембрану вычислили

1890 г. В.Пфеффер
Влияние гипертонического и изотонического растворов на клетку пленки лука:

История изучения биологической мембраны
Дальше только вехи истории:
1902 г. — Овертон нашел липиды в составе плазматической мембраны и описал явление почти беспрепятственного прохождения через мембраны растворимых в липидах веществ
1925 г. — Гортер и Грендел показывают, что мембрана эритроцитов имеет двойной слой липидов.
1935 г. — Даниэлли и Давсон создают «бутербродную» модель биомембраны
1962 г. — Мюллер создаёт плоскую модель искусственной мембраны. Её мы рассмотрим ниже.
1957-63 гг. — Робертсон формулирует понятие элементарная биологическая мембрана. Об этом мы говорили выше.
1972 г. — Сингер и Николсон создают жидкостно‑мозаичную модель биомембраны. Эта модель является сегодня общепризнанной.

Общий план строения биологической мембраны. Жидкостно-мозаичная модель биологической мембраны (Сингера-Николсона, 1972)
Подробнее –
Учебник том I, С.28-34.
Вопрос 5

«Бутербродная» модель биомембраны

Структура биологической мембраны
современная концептуальная модель биомембраны
Сингера-Николсона,
1972 г.

Основой всех биомембран является двойной слой липидов (фосфолипидов и гликолипидов).

Эти липиды амфифильны, т.е. имеют гидрофильную (полярную) и гидрофобную (неполярную) части

Гидрофобные хвосты поворачиваются друг к другу, а гидрофильные головки соприкасаются с водными фазами

Причём образуются замкнутые структуры клетки, другими словами они ограничивают некоторый объём (полость мембраны) от внешней среды или других частей клетки

Ядро и митохондрии имеют двойную мембрану, т.е. двойной бислой фосфолипидов

Белки биомембраны: 1 – интегральный, 2 – периферические, 3 – полуинтегральный.

Локализация белков в мембранах

Интегральные белки образуют гидрофильные каналы

Трехмерная схема жидкостно-мозаичной модели мембраны

Схема оболочки клетки

NB!!!
Не путайте понятия оболочка клетки и биологическая мембрана!

Схематическое изображение клеточной мембраны с элементами цитоскелета

Схема организации спектрин-актиновой сети: 1 — липидныи бислой; 2 — интегральные белки; 3 — актин; 4 — тетрамер спектрина

Предметные модели биологических мембран Подробнее –
Учебник том I, С.28-34.
Вопрос 6

Предметные модели биологических мембран
Физические
Плоские
Сферические (липосомы)
Биологические
«тени» эритроцитов
Гигантский аксон кальмара

Плоскую бислойную липидную мембрану предложил в 1962 г. Мюллер.

Липосома

Не путайте липосому с мицеллой!!!

Основные функции биологической мембраны
Барьерно-транспортная
Матричная
Механическая

ТРАНСПОРТ ВЕЩЕСТВ ЧЕРЕЗ БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ
Вопрос 7

Характеризуя тот или иной вид транспорта мы должны выяснить три основных момента:
меняется ли архитектоника мембраны?
происходит ли непосредственно при этом процессе гидролиз АТФ?
сопряжён ли транспорт вещества с транспортом других веществ?

В зависимости от характера ответов выделяют следующие виды транспорта:
с изменением архитектоники мембраны и без изменения архитектоники мембраны.
активный и пассивный
унипорт и котранспорт

Транспорт веществ с изменением архитектоники мембраны
Вопрос 8

Транспорт веществ с изменением архитектоники мембраны

Транспорт веществ с изменением архитектоники мембраны

Пассивный транспорт веществ через мембрану
Вопрос 9

Пассивный транспорт веществ через мембрану
Осуществляется по градиенту концентрации без затраты энергии АТФ.
Различают простую и облегчённую диффузию.

Пассивный транспорт веществ через мембрану
Напомним, диффузия (diffusio лат. – разлитие) — это самопроизвольное перемещение молекул (частиц) из области с более высокой в область с более низкой концентрацией.
В основе её — хаотичное тепловое движение данных молекул (частиц).

Простая диффузия

Простую диффузию описывает закон Фика
где dm/dt – плотность потока вещества,
-D - коэффициент диффузии,
S – диффузионная поверхность,
dC – градиент концентрации,
dx – толщина мембраны

Различают облегчённую диффузию с подвижным и с фиксированным переносчиком

Кинетика облегченной диффузии подчиняется правилу Михаэлиса-Ментен

Активный транспорт веществ через мембрану
Вопрос 10

Активный транспорт ионов через мембрану

Сопряжённый транспорт веществ через мембрану
Вопрос 11