1. Sejtmembránok, típusaik. A membránok tulajdonságai. A membránok funkciói.
Morfológiai és élettani vizsgálatok kimutatták, hogy a sejtmembrán fontos szerepet játszik a sejt működésében.
Membrán szerkezetek: mag, Golgi komplex, ER stb.
Membrán vékony szerkezet, vastagsága 7 nm. Kémiai összetételét tekintve a membrán 25% fehérjét, 25% foszfolipidet, 13% koleszterint, 4% lipidet, 3% szénhidrátot tartalmaz.
Szerkezetileg A membrán kétrétegű foszfolipideken alapul. A foszfolipid molekulák sajátossága, hogy hidrofil és hidrofób részeket tartalmaznak. A hidrofil részek poláris csoportokat tartalmaznak (foszfátcsoportok a foszfolipidekben és hidroxidcsoportok a koleszterinekben). Hidrofil részek a felszín felé irányítva. A hidrofób (kövér farok) a membrán közepe felé irányulnak.
A molekulának két zsírfarka van, és ezek a szénhidrogénláncok két konfigurációban találhatók meg. Hosszúkás - transz konfiguráció(henger 0,48 nm). A második típus a gauche-trans-gauche konfiguráció. Ebben az esetben a két zsírfarok eltér egymástól, és a terület 0,58 nm-re nő.
Normál körülmények között a lipidmolekulák folyadékkristályos formájúak. És ebben az állapotban mobilitásuk van. Sőt, mindketten mozoghatnak a rétegükön belül és megfordulhatnak. A hőmérséklet csökkenésével a membrán folyékony állapotból zselészerű állapotba megy át, és ez csökkenti a molekula mobilitását.
Amikor egy lipidmolekula mozog, mikrocsíkok keletkeznek, amelyeket királyoknak neveznek, és amelyekbe anyagokat lehet befogni.. A membrán lipidrétege gátat szab a vízoldható anyagoknak, de átengedi a lipidben oldódó anyagokat..
A membrán a lipideken kívül fehérjemolekulákat is tartalmaz. Ezek főleg glikoproteinek.
Az integrált fehérjék mindkét rétegen áthaladnak. Egyéb a fehérjék részben bemerülnek a külső vagy a belső rétegbe. Ezeket perifériás fehérjéknek nevezik.
Ezt a membránmodellt ún folyadékkristályos modell. Funkcionálisan a fehérjemolekulák szerkezeti, transzport és enzimatikus funkciókat látnak el. Ezenkívül 0,35-0,8 nm átmérőjű ioncsatornákat képeznek, amelyeken az ionok áthaladhatnak. A csatornáknak saját szakterületük van. Az integrál fehérjék részt vesznek az aktív transzportban és a diffúzióban.
A membrán belső oldalán lévő perifériás fehérjéket enzimatikus működés jellemzi. A belsejében antigén (antitestek) és receptor funkciók vannak.
Szén láncok képes kapcsolódni a fehérjemolekulákhoz, majd kialakulnak glikoproteinek. Vagy a lipidekre, akkor ezeket glikolipideknek nevezik.
Fő funkciók sejtmembránok lesznek:
1. Sorompó funkció
2. Passzív és aktív anyagok átadása.
3. Metabolikus működés (az enzimrendszerek jelenléte miatt)
4. A membránok részt vesznek a nyugalmi elektromos potenciálok, illetve gerjesztett áramok létrehozásában.
5. Receptor funkció.
6. Immunológiai (antigének jelenlétével és antitestek termelésével kapcsolatos).
7. Biztosítson intercelluláris interakciót és kontaktgátlást.
Ha homogén sejtek érintkeznek, a sejtosztódás gátolt. Ez a funkció elveszik a rákos sejtekben. Ráadásul a rákos sejtek nemcsak saját sejtjeikkel kerülnek kapcsolatba, hanem más sejtekkel is, megfertőzve azokat.
A membrán permeabilitásának funkciója. Szállítás.
Az anyagok membránokon keresztül történő szállítása lehet passzív vagy aktív.
Passzív átvitel az anyagok energiafogyasztás nélkül mennek át a membránokon gradiensek jelenlétében (az anyagok koncentrációjának különbségei, elektrokémiai gradiens különbségei, nyomásgradiens és ozmotikus gradiens jelenlétében). Ebben az esetben a passzív szállítás a következőkkel történik:
Diffúzió.
Szűrés. Hidrosztatikus nyomáskülönbség jelenlétében hajtják végre.
Ozmózis. Az ozmózis során az oldószer elmozdul. Vagyis a tiszta oldatból a víz nagyobb koncentrációjú oldatba kerül.
Mindezekben az esetekben nem történik energiafogyasztás. Az anyagok áthaladnak a membrán pórusain.
A membránban vannak lassú vezetőképességű pórusok, de nem sok ilyen pórus van a membránban. A membrán legtöbb csatornájának szerkezetében van egy kapumechanizmus is, amely lezárja a csatornát. Ezeket a csatornákat kétféleképpen lehet vezérelni: reagálni a töltés változásaira (elektromosan gerjeszthető vagy feszültségfüggő csatornák). Egy másik esetben a csatornában lévő kapu kinyílik, amikor egy kémiai anyag (kemoexcitálható vagy ligandum-kapuzott) kapcsolódik.
Aktív átvitel Az anyagok membránon keresztüli átjutása az anyagok gradiens elleni szállításához kapcsolódik.
Az aktív transzporthoz olyan integrált fehérjéket használnak, amelyek enzimatikus funkcióval rendelkeznek. Az ATP-t energiaként használják fel. Az integrált fehérjék speciális mechanizmusokkal (fehérjékkel) rendelkeznek, amelyek akkor aktiválódnak, amikor egy anyag koncentrációja a sejten kívül nő, vagy ha belül csökken.
Nyugodt áramlatok.
Membránpotenciál. A membrán kívülről pozitívan, belül negatívan töltődik. 70-80 mV.
A hibaáram a sértetlen és a sérült közötti töltéskülönbség. A sérült negatív töltésű, az éphez képest.
A metabolikus áram az anyagcsere folyamatok egyenlőtlen intenzitása miatti potenciálkülönbség.
A membránpotenciál eredetét azzal magyarázzuk membrán-ion elmélet, amely figyelembe veszi a membrán egyenlőtlen ionáteresztő képességét és az intracelluláris és intercelluláris folyadék eltérő ionösszetételét. Megállapítást nyert, hogy mind az intracelluláris, mind az intercelluláris folyadékban azonos számú pozitív és negatív ion található, de az összetétel eltérő. Külső folyadék: Na + , Cl - Belső folyadék: K + , A - (szerves anionok)
Nyugalomban a membrán eltérően áteresztő az ionok számára. A legnagyobb áteresztőképességű a kálium, ezt követi a nátrium és a klór. A membránok nem áteresztőek a szerves anionok számára.
A káliumionok megnövekedett permeabilitása miatt elhagyják a sejtet. Ennek eredményeként a szerves anyagok felhalmozódnak benne. anionok. Az eredmény egy potenciálkülönbség (kálium diffúziós potenciál), amely addig tart, amíg el tud szökni.
A számított káliumpotenciál -90 mV. A gyakorlati potenciál pedig -70 mV. Ez arra utal, hogy egy másik ion is részt vesz a potenciál létrehozásában.
A membránban rejlő potenciál visszafogása érdekében a sejtnek működnie kell, mert a káliumionok a sejtből, a nátrium pedig a sejtbe mozgása az előjelegyenlőség megsértéséhez vezetne. A membránok polarizáltak. A külső töltés pozitív, a külső töltés negatív lesz.
A membrán elektromos töltésének állapota.
Megfordítás vagy túllövés - a töltés előjelének megváltoztatása. Visszatérés az eredeti töltéshez - repolarizáció.
Gerjesztő áramok.
Amikor egy inger hat a membránra, rövid távú gerjesztés lép fel. A gerjesztési folyamat lokális és a membrán mentén terjed, majd depolarizálódik. Ahogy a gerjesztés mozog, a membrán egy új szakasza depolarizálódik stb. Az akciós áram kétfázisú áram.
Az akciós áram minden fázisában megkülönböztethető egy lokális válasz, amelyet csúcspotenciál vált fel, a csúcspotenciált pedig negatív és pozitív nyompotenciál követi. Akkor fordul elő, ha ingernek van kitéve. A cselekvési áram magyarázatára javasolták membrán-mon elmélet(Hodgey, Huxley, Katz). Ezt mutatták meg az akciós potenciál nagyobb, mint a nyugalmi potenciál. Amikor egy inger hat a membránra, a töltés a membránra tolódik (részleges depolarizáció), és ez nátriumcsatornák megnyílását okozza. A nátrium behatol a sejtbe, fokozatosan csökkentve a membrán töltését, de az akciós potenciál semmilyen akcióval nem jön létre, hanem csak kritikus értékkel (20-30 mV-os változás) - kritikus depolarizáció. Ebben az esetben szinte minden nátriumcsatorna megnyílik, és ebben az esetben a nátrium lavinaszerűen kezd behatolni a sejtbe. Teljes depolarizáció következik be. A folyamat itt nem áll meg, hanem tovább lép a cellába, és +40-ig töltődik. A csúcspotenciál tetején a h kapu bezárul. Ennél a potenciálértéknél a káliumkapu kinyílik a membránban. És mivel a Ka + nagyobb belül, a Ka + elkezdi elhagyni a cellát, és a töltés elkezd visszatérni az eredeti értékére. Először gyorsan megy, majd lelassul. Ezt a jelenséget negatív farokpotenciálnak nevezzük. Ezután a töltés visszaáll az eredeti értékre, és ezt követően pozitív nyompotenciál kerül rögzítésre, amelyet a megnövekedett kálium permeabilitás jellemez. Membrán hiperpolarizációs állapot lép fel (pozitív nyompotenciál) Az ionok mozgása passzívan megy végbe. Egy gerjesztés során 20 000 nátriumion lép be a sejtbe, és 20 000 káliumion hagyja el a sejtet.
A szivattyúzási mechanizmus szükséges a koncentráció helyreállításához. Az aktív transzport során 3 pozitív nátriumion kerül be, és 2 káliumion jön ki.
Megváltozik a membrán ingerlékenysége, ezáltal az akciós potenciál. A helyi reakció során a gerjesztés fokozatos növekedése következik be. A csúcsreakció során a gerjesztés megszűnik.
Negatív nyompotenciál esetén az ingerlékenység ismét megnő, mert a membrán ismét részlegesen depolarizálódik. A pozitív fénypotenciál fázisában az ingerlékenység csökkenése következik be. Ilyen körülmények között az ingerlékenység csökken.
A gerjesztési folyamat sebessége - labilitás. A labilitás mértéke - a gerjesztések száma egységnyi idő alatt. Az idegrostok másodpercenként 500-1000 impulzust reprodukálnak. A különböző szövetek eltérő labilitásúak.
2. Receptorok, osztályozásuk: lokalizáció (membrán, nukleáris), folyamatok fejlődési mechanizmusa (ion- és metabotrop), jelvételi sebesség (gyors, lassú), receptor anyagok típusa szerint.
Az elsődleges hírvivőktől érkező jelek sejt fogadását speciális receptorfehérjék biztosítják, amelyek elsődleges hírvivői ligandumok. A receptor működésének biztosítása érdekében a fehérje molekuláknak számos követelménynek kell megfelelniük:
- nagy szelektivitással rendelkeznek a ligandummal szemben;
- a ligandumkötés kinetikáját az összes receptormolekula teljes foglaltsági állapotának megfelelő telítési görbével kell leírni, amelyek száma korlátozott a membránon;
- a receptoroknak szövetspecifitással kell rendelkezniük, ami tükrözi e funkciók jelenlétét vagy hiányát a célszerv sejtjeiben;
- A ligandum kötődésének és celluláris (fiziológiai) hatásának reverzibilisnek kell lennie, az affinitási paramétereknek pedig meg kell felelniük a ligandum fiziológiás koncentrációinak.
A sejtreceptorok a következő osztályokba sorolhatók:
- membrán
- receptor tirozin kinázok
- G-fehérjéhez kapcsolt receptorok
- ion csatornák
- citoplazmatikus
- nukleáris
A membránreceptorok felismerik a nagy (például inzulin) vagy hidrofil (például adrenalin) jelzőmolekulákat, amelyek önállóan nem tudnak behatolni a sejtbe. Kisméretű hidrofób jelzőmolekulák (például trijód-tironin, szteroid hormonok, CO, NO) a diffúzió miatt képesek bejutni a sejtbe. Az ilyen hormonok receptorai általában oldható citoplazmatikus vagy nukleáris fehérjék. Miután a ligandum kötődik a receptorhoz, az erről az eseményről szóló információ továbbítódik a lánc mentén, és elsődleges és másodlagos sejtválasz kialakulásához vezet.
A membránreceptorok két fő osztálya a metabotróp receptorok és az ionotróp receptorok.
Az ionotróp receptorok membráncsatornák, amelyek megnyílnak vagy bezáródnak, amikor egy ligandumhoz kötődnek. Az így létrejövő ionáramok változást okoznak a transzmembrán potenciálkülönbségben és ennek következtében a sejtek ingerlékenységében, valamint megváltoztatják az intracelluláris ionkoncentrációkat, ami másodlagosan intracelluláris mediátor rendszerek aktiválódásához vezethet. Az egyik legteljesebben tanulmányozott ionotróp receptor az n-kolinerg receptor.
Egy G-fehérje szerkezete, amely háromféle (heterotrimer) egységből áll - αt/αi (kék), β (piros) és γ (zöld)
A metabotróp receptorok az intracelluláris hírvivő rendszerekhez kapcsolódnak. Konformációjukban a ligandumhoz való kötődés hatására bekövetkező változások biokémiai reakciók kaszkádjának elindításához vezetnek, és végső soron a sejt funkcionális állapotának megváltozásához vezetnek. A membránreceptorok fő típusai:
Heterotrimer G-fehérjéhez kapcsolt receptorok (pl. vazopresszin receptor).
Belső tirozin-kináz aktivitással rendelkező receptorok (például inzulinreceptor vagy epidermális növekedési faktor receptor).
A G-fehérjéhez kapcsolt receptorok olyan transzmembrán fehérjék, amelyek 7 transzmembrán doménnel, egy extracelluláris N-terminálissal és egy intracelluláris C-terminálissal rendelkeznek. A ligandumkötő hely az extracelluláris hurkokon, a G fehérjekötő domén a C-terminális közelében található a citoplazmában.
A receptor aktiválása azt okozza, hogy α-alegysége disszociál a βγ-alegység komplexről, és így aktiválódik. Ezt követően vagy aktiválja, vagy éppen ellenkezőleg, inaktiválja a másodlagos hírvivőket termelő enzimet.
A tirozin-kináz aktivitással rendelkező receptorok foszforilálják a következő intracelluláris fehérjéket, gyakran a protein-kinázokat is, és így jelet továbbítanak a sejtbe. Szerkezetileg ezek egy membrándoménnel rendelkező transzmembrán fehérjék. Általában homodimerek, amelyek alegységeit diszulfid hidak kötik össze.
3. Ionotróp receptorok, metabotróp receptorok és fajtáik. A metabotróp receptorok (cAMP, c GMP, inozitol-3-foszfát, diacilglicerin, Ca++ ionok) hatásának másodlagos hírvivő rendszerei.
A neurotranszmitterek receptorai az idegsejtek vagy a célsejtek (izom- vagy mirigysejtek) membránján találhatók. Lokalizációjuk lehet posztszinaptikus és preszinaptikus membránon egyaránt. Az úgynevezett autoreceptorok gyakran a preszinaptikus membránokon helyezkednek el, amelyek szabályozzák ugyanazon transzmitter felszabadulását a preszinaptikus végződésből. De vannak olyan heteroautoreceptorok is, amelyek szintén szabályozzák a mediátor felszabadulását, de ezekben a receptorokban az egyik mediátor felszabadulását egy másik mediátor vagy neuromodulátor szabályozza.
A legtöbb receptor membránhoz kötött oligomer fehérje, amely nagy affinitással és nagy szelektivitással köt egy ligandumot (neurotranszmittert). Ennek a kölcsönhatásnak az eredményeként intracelluláris változások kaszkádja indul be. A receptorokat a ligandum iránti affinitás, a szám, a telíthetőség és a receptor-ligandum komplex disszociációs képessége jellemzi. Egyes receptorok izoformái különböznek bizonyos ligandumok iránti affinitásukban. Ezek az izoformák ugyanabban a szövetben találhatók.
A ligandumok olyan anyagok, amelyek szelektíven kölcsönhatásba lépnek egy adott receptorral. Ha egy farmakológiai anyag aktivál egy adott receptort, akkor annak agonistája, ha pedig csökkenti az aktivitását, akkor antagonista.
Egy ligandum kötődése egy receptorhoz a receptor konformációjának megváltozásához vezet, ami vagy ioncsatornákat nyit meg, vagy reakciók sorozatát indítja el, ami az anyagcsere megváltozásához vezet.
Léteznek ionotróp és metabotróp receptorok.
Ionotróp receptorok. A posztszinaptikus potenciál kialakulása miatt a megfelelő ioncsatorna vagy azonnal megnyílik a mediátor hatására, vagy a G fehérje aktiválása révén. Ebben az esetben a receptor vagy maga képez ioncsatornát, vagy kapcsolódik hozzá. Miután a ligandum kötődik és a receptor aktiválódik, megnyílik a megfelelő ion csatornája. Ennek eredményeként posztszinaptikus potenciál képződik a membránon. Az ionotróp receptorok a gyors jelátvitel és a PSP kialakulásának egyik módja a sejtben zajló anyagcsere-folyamatok megváltoztatása nélkül.
Metabotróp receptorok. Ez egy összetettebb jelátviteli út. Ebben az esetben, miután a ligandum kötődik a receptorhoz, aktiválódik a foszforilációs-defoszforilációs kaszkád. Ez vagy közvetlenül, vagy másodlagos hírvivőkön keresztül, például tirozin-kinázon, vagy cAMP-n, vagy cGMP-n, vagy inozit-trifoszfáton vagy diacil-glicerin keresztül történik, vagy az intracelluláris kalcium növekedése révén, ami végső soron a protein-kinázok aktiválódásához vezet. A foszforiláció leggyakrabban cAMP-függő vagy diacil-glicerin-dependens protein-kinázok aktiválásával jár. Ezek a hatások lassabban fejlődnek ki és hosszabb ideig tartanak.
A receptor affinitása a megfelelő neurotranszmitterhez ugyanúgy változhat, mint a hormonoké, például a receptor alloszterikus változásai vagy más mechanizmusok következtében. Ezért a receptorokat ma mobil és könnyen változtatható struktúráknak nevezik. A membrán részeként a receptorfehérjék kölcsönhatásba léphetnek más membránfehérjékkel (a receptorok úgynevezett internalizációja). A neuromodulátorok a neurotranszmitterekhez hasonlóan befolyásolhatják a receptorok számát és érzékenységét. Nagy mennyiségű neurotranszmitter vagy neuromodulátor hosszan tartó jelenléte csökkentheti érzékenységüket (down-regulation), a ligandumok hiánya pedig növelheti érzékenységüket (up-reguláció).
4. Ioncsatornák, szerkezetük. Az ioncsatornák osztályozása. Nátrium és kálium csatornák.
Az ioncsatornák felépítése és funkciói. A Na +, K +, Ca 2+, Cl - ionok behatolnak a sejtbe, és speciális folyadékkal töltött csatornákon keresztül távoznak. A csatornák mérete meglehetősen kicsi (átmérője 0,5-0,7 nm). A számítások azt mutatják, hogy a csatornák teljes területe a sejtmembrán felületének jelentéktelen részét foglalja el.
Az ioncsatornák funkcióját többféleképpen tanulmányozzák. A legelterjedtebb a feszültségbilincs módszer, vagy „voltage-clamp” (2.2. ábra). A módszer lényege, hogy speciális elektronikus rendszerek segítségével a kísérlet során a membránpotenciált megváltoztatják és egy bizonyos szinten rögzítik. Ebben az esetben a membránon átfolyó ionáram nagyságát mérik. Ha a potenciálkülönbség állandó, akkor Ohm törvényének megfelelően az áramérték arányos az ioncsatornák vezetőképességével. A fokozatos depolarizáció hatására bizonyos csatornák megnyílnak, és a megfelelő ionok elektrokémiai gradiens mentén jutnak be a cellába, azaz ionáram keletkezik, amely depolarizálja a sejtet. Ezt a változást egy vezérlőerősítő érzékeli, és a membránon azonos nagyságú, de a membrán ionárammal ellentétes irányú elektromos áram halad át. Ebben az esetben a transzmembrán potenciálkülönbség nem változik. A feszültségbilincs és a specifikus ioncsatorna-blokkolók kombinált alkalmazása különféle típusú ioncsatornák felfedezéséhez vezetett a sejtmembránban.
Jelenleg sokféle csatorna van telepítve a különféle ionok számára (2.1. táblázat). Egyesek nagyon specifikusak, míg mások a főionon kívül más ionokat is átengedhetnek.
Az egyes csatornák funkciójának tanulmányozása lehetséges az „útfogó” potenciál helyi rögzítésének módszerével; rizs. 2.3, A). Egy üveg mikroelektródát (mikropipettát) sóoldattal megtöltünk, a membrán felületéhez nyomjuk, és enyhe vákuumot hozunk létre. Ebben az esetben a membrán egy része a mikroelektródához szívódik. Ha a szívózónában van ioncsatorna, akkor egyetlen csatorna aktivitását rögzítjük. A stimuláció és a csatornaaktivitás rögzítésének rendszere alig különbözik a feszültségrögzítés rendszerétől.
2.1. táblázat. A gerjeszthető sejtek legfontosabb ioncsatornái és ionáramai
|
Csatorna típusa |
Funkció |
Csatorna blokkoló |
|
|
Kálium (nyugalmi állapotban) |
Pihenési potenciál generálása |
IK+ (szivárgás) |
|
|
Nátrium |
Akciós potenciál generálása |
||
|
Kalcium |
Lassú potenciálok generálása |
D-600, verapamil |
|
|
Kálium (késleltetett egyengetés) |
A repolarizáció biztosítása |
IK+ (késés) |
|
|
Kálium-kalcium-aktivált |
A Ca 2+ áram által okozott depolarizáció korlátozása |
Jegyzet. TEA - tetraetil-ammónium; TTX - tetrodotoxin.
A csatorna külső része viszonylag jól megközelíthető, a belső rész vizsgálata jelentős nehézségeket okoz. P. G. Kostyuk kifejlesztette az intracelluláris dialízis módszerét, amely lehetővé teszi az ioncsatornák bemeneti és kimeneti struktúráinak működésének tanulmányozását mikroelektródák használata nélkül. Kiderült, hogy az ioncsatorna extracelluláris tér felé nyitott része funkcionális tulajdonságaiban eltér az intracelluláris környezet felé néző csatorna részétől.
Az ioncsatornák biztosítják a membrán két fontos tulajdonságát: a szelektivitást és a vezetőképességet.
Szelektivitás vagy szelektivitás, csatornát speciális fehérjeszerkezete biztosítja. A legtöbb csatorna elektromos vezérlésű, azaz ionvezető képessége a membránpotenciál nagyságától függ. A csatorna funkcionális jellemzőit tekintve heterogén, különös tekintettel a csatorna bejáratánál és kijáratánál elhelyezkedő fehérjeszerkezetekre (ún. kapumechanizmusokra).
5. Az ingerlékenység fogalma. A neuromuszkuláris rendszer ingerlékenységének paraméterei: irritációs küszöb (reobázis), hasznos idő (kronaxia). Az irritáció erősségének függése a hatás idejétől (Goorweg-Weiss görbe). Tűzállóság.
Izgatottság- a sejt azon képessége, hogy akciós potenciál és specifikus reakció kialakításával reagáljon az irritációra.
1) lokális válaszfázis - a membrán részleges depolarizációja (a Na + belépése a sejtbe). Ha egy kis ingert alkalmaz, a válasz erősebb.
A lokális depolarizáció az exaltációs fázis.
2) az abszolút refrakteritás fázisa - az ingerelhető szövetek azon tulajdonsága, hogy semmilyen ingererő hatására nem képeznek AP-t
3) a relatív tűzállóság fázisa.
4) lassú repolarizációs fázis - irritáció - ismét erős válasz
5) hiperpolarizációs fázis - az ingerlékenység kisebb (szubnormális), az ingernek nagynak kell lennie.
Funkcionális labilitás- a szövetek ingerlékenységének értékelése az egységnyi idő alatt lehetséges PD maximális számával.
A gerjesztés törvényei:
1) az erő törvénye - az inger erősségének küszöbértéknek vagy küszöbérték felettinek kell lennie (az a minimális erő, amely gerjesztést okoz). Minél erősebb az inger, annál erősebb a gerjesztés - csak szöveti asszociációknál (idegtörzs, izom, kivétel - SMC).
2) az idő törvénye - az aktuális inger időtartamának elegendőnek kell lennie a gerjesztés előfordulásához.
Az erő és az idő között fordítottan arányos kapcsolat van a minimális idő és a minimális erő határain belül. A minimális erő a reobázis – olyan erő, amely gerjesztést okoz, és nem függ az időtartamtól. A minimális idő hasznos idő. A kronaxia egy adott szövet ingerlékenysége, amikor a gerjesztés két reobázisnak felel meg.
Minél nagyobb az erő, annál nagyobb a válasz egy bizonyos értékig.
Az MSP-t létrehozó tényezők:
1) a nátrium és a kálium koncentrációjának különbsége
2) a nátrium és a kálium eltérő permeabilitása
3) a Na-K szivattyú működése (3 Na + eltávolításra kerül, 2 K + visszakerül).
Az inger erőssége és a hatás időtartama közötti kapcsolat, amely egy élő szerkezet minimális válaszreakciójának létrejöttéhez szükséges, nagyon egyértelműen nyomon követhető az úgynevezett erő-idő görbén (Goorweg-Weiss-Lapik görbe) .
A görbe elemzéséből az következik, hogy bármilyen erős is az inger, ha hatásának időtartama nem elegendő, nem lesz válasz (a hiperbola felszálló ágától balra lévő pont). Hasonló jelenség figyelhető meg a küszöb alatti ingereknek való hosszan tartó expozíciónál. Azt a minimális áramot (vagy feszültséget), amely gerjesztést okozhat, Lapik reobázisnak nevezi (OA ordináta szegmens). Azt a legrövidebb időtartamot, amely alatt a reobázis kétszeresével egyenlő erősségű áram gerjesztést okoz a szövetben, kronaxiának (OF abszcissza szegmens) nevezzük, amely az irritáció küszöbtartamának mutatója. A kronaxiát δ-ben (ezredmásodperc) mérik. A kronaxia nagysága alapján meg lehet ítélni, hogy milyen sebességgel lép fel a gerjesztés a szövetben: minél kisebb a kronaxia, annál gyorsabban megy végbe a gerjesztés. Az emberi ideg- és izomrostok kronaxiája a másodperc ezred- és tízezreléke, az úgynevezett lassú szövetek, például a béka gyomrának izomrostjainak kronaxiája pedig századmásodperc.
Az ingerelhető szövetek kronaxiájának meghatározása nemcsak a kísérleti, hanem a sportélettan és a klinika területén is elterjedt. Különösen az izomkronaxia mérésével a neurológus megállapíthatja a motoros idegkárosodás jelenlétét. Meg kell jegyezni, hogy az inger elég erős lehet, küszöbtartamú, de a küszöbértékig való kismértékű növekedés ebben az esetben nem fordul elő. Az ingerelhető szövetek lassan növekvő ingerhez való alkalmazkodását akkomodációnak nevezzük. Az alkalmazkodás annak a ténynek köszönhető, hogy az inger erősségének növekedése során az aktív változásoknak van ideje a szövetben kialakulni, növelve az irritáció küszöbét és megakadályozva a gerjesztés kialakulását. Így az ingerlés időbeli növekedésének mértéke, vagy a stimuláció gradiense elengedhetetlen a gerjesztés előfordulásához.
Az irritációs gradiens törvénye. Az élő formáció ingerre adott reakciója a stimuláció gradiensétől, azaz az inger időbeli növekedésének sürgősségétől vagy meredekségétől függ: minél nagyobb a stimuláció gradiense, annál erősebb (bizonyos határokig) a reakció. az ingerlékeny formáció.
Következésképpen az ingerlés törvényei tükrözik az inger és a gerjeszthető struktúra közötti összetett kapcsolatot kölcsönhatásuk során. Ahhoz, hogy a gerjesztés létrejöjjön, az ingernek küszöberősséggel, küszöbtartammal kell rendelkeznie, és bizonyos mértékig növekednie kell az idő múlásával.
6. Ionszivattyúk (ATPázok):K+- Na+-evaya,kb2+-eva (plazmolemma és szarkoplazmatikus retikulum),H+- K+-cserélő.
A modern koncepciók szerint a biológiai membránok ionszivattyúkat tartalmaznak, amelyek az ATP hidrolízis szabad energiájával működnek - az integrált fehérjék speciális rendszerei (transzport-ATPázok).
Jelenleg háromféle elektrogén ionszivattyú ismert, amelyek aktívan szállítják az ionokat a membránon keresztül (13. ábra).
Az ionok transzport-ATPázok általi átvitele a transzferfolyamatok kémiai reakciókkal való összekapcsolódása, a sejtanyagcsere energiája miatt következik be.
A K+-Na+-ATPáz működése során az egyes ATP-molekulák hidrolízise során felszabaduló energia hatására két káliumion kerül a sejtbe, és egyidejűleg három nátriumion pumpálódik ki a sejtből. Ez az intercelluláris környezethez képest megnövekedett káliumion-koncentrációt eredményez a sejtben, és csökken a nátrium koncentrációja, aminek nagy élettani jelentősége van.
A „biopumpa” jelei:
1. Elmozdulás az elektrokémiai potenciálgradiens ellen.
2. az anyagáramlás az ATP (vagy más energiaforrás) hidrolíziséhez kapcsolódik.
3. a szállítójármű aszimmetriája.
4. A pumpa in vitro csak azon ionok jelenlétében képes hidrolizálni az ATP-t, amelyeket in vivo szállít.
5. Ha a szivattyú mesterséges környezetbe van beépítve, képes megőrizni a szelektivitást.
Az ion-ATPázok működésének molekuláris mechanizmusa nem teljesen ismert. Mindazonáltal ennek az összetett enzimatikus folyamatnak a fő szakaszai nyomon követhetők. A K+-Na+-ATPáz esetében az iontranszfer hét szakasza kapcsolódik az ATP hidrolíziséhez.
A diagram azt mutatja, hogy az enzim fő szakaszai a következők:
1) enzimkomplex képződése ATP-vel a membrán belső felületén (ezt a reakciót magnéziumionok aktiválják);
2) három nátriumion megkötése a komplex által;
3) az enzim foszforilációja adenozin-difoszfát képződésével;
4) az enzim forgása (flip-flop) a membránon belül;
5) a nátrium és a kálium ioncseréjének reakciója a membrán külső felületén;
6) az enzimkomplex fordított forgása a káliumionok sejtbe való átvitelével;
7) az enzim visszaállítása eredeti állapotába káliumionok és szervetlen foszfát (P) felszabadulásával.
Így egy teljes ciklus során három nátriumion szabadul fel a sejtből, a citoplazma két káliumionnal gazdagodik, és egy ATP-molekula hidrolízise következik be.
7. Membránpotenciál, nagyságrend és eredet.
Számos elméletet javasoltak a biopotenciálok eredetének magyarázatára. A Bernstein (1902, 1912) német kutató által javasolt membránelmélet kísérletileg volt a legteljesebben alátámasztva. A modern időszakban ezt az elméletet Hodgkin, Huxley, Katz (1949-1952) módosította és kísérletileg fejlesztette ki.
Megállapítást nyert, hogy a bioelektromos jelenségek alapja az ionok egyenetlen eloszlása (aszimmetriája) a sejt citoplazmájában és környezetében. Így az ideg- és izomsejtek protoplazmája 30-50-szer több káliumiont, 8-10-szer kevesebb nátriumiont és 50-szer kevesebb klóriont tartalmaz, mint az extracelluláris folyadék. Ezenkívül a sejt citoplazmája szerves anionokat (negatív töltést hordozó nagy molekuláris vegyületeket) tartalmaz, amelyek hiányoznak az extracelluláris környezetben.
A membránelmélet hívei úgy vélik, hogy az ionaszimmetria fő oka a specifikus tulajdonságokkal rendelkező sejtmembrán jelenléte.
A sejtmembrán egy tömörített citoplazmaréteg, amelynek vastagsága körülbelül 10 nm (100 A). Az elektronmikroszkópos kutatási módszerek alkalmazása lehetővé tette a membrán finomszerkezetének meghatározását (55. ábra). A sejtmembrán kettős foszfolipidmolekulákból áll, amelyet belülről fehérjemolekulák, kívül pedig összetett szénhidrátmolekulák - mukopoliszacharidok - réteg borít. A membránnak speciális csatornái vannak - „pórusok”, amelyeken keresztül a víz és az ionok behatolnak a sejtbe. Feltételezzük, hogy minden ion számára külön csatornák vannak. Ebben a tekintetben a membrán permeabilitása bizonyos ionok esetében a pórusok méretétől és maguknak az ionok átmérőjétől függ.
Viszonylagos fiziológiás nyugalmi állapotban a membrán megnöveli a káliumionok permeabilitását, míg a nátriumionok permeabilitása jelentősen csökken.
Így a sejtmembrán permeabilitásának jellemzői, valamint maguknak az ionoknak a mérete az egyik oka annak, hogy a sejtmembrán mindkét oldalán az ionok eloszlásának aszimmetriája biztosított. Az ionos aszimmetria a nyugalmi potenciál egyik fő oka, a vezető szerepet a káliumionok egyenetlen eloszlása játssza.
Hodgkin klasszikus kísérleteket végzett az óriási tintahal idegrostján. A rost belsejében és a környező folyadékban a káliumionok koncentrációja kiegyenlített, a nyugalmi potenciál megszűnt. Ha a szálat mesterséges, az intracelluláris folyadékhoz hasonló összetételű sóoldattal töltötték meg, akkor a membrán belső és külső oldala között potenciálkülönbség alakult ki, amely megközelítőleg megegyezik egy normál rost nyugalmi potenciáljával (50-80 mV).
Az akciós potenciál létrejöttének mechanizmusa sokkal összetettebb. Az akciós áramok kialakulásában a főszerep a nátriumionoké. Ha küszöberősségű ingernek van kitéve, a sejtmembrán nátriumionok permeabilitása 500-szorosára nő, és 10-20-szor haladja meg a káliumionok permeabilitását. Ebben a tekintetben a nátrium lavinaként rohan be a sejtbe, ami a sejtmembrán feltöltődéséhez vezet. A külső felület negatívan töltődik a belsőhöz képest. Megtörténik a sejtmembrán depolarizációja, amelyet a membránpotenciál megfordulása kísér. A membránpotenciál megfordítása a millivolt (mV) számát jelenti, amellyel az akciós potenciál meghaladja a nyugalmi potenciált. A membránpotenciál kezdeti szintjének helyreállítása (repolarizáció) a nátrium-permeabilitás (inaktiváció) éles csökkenése és a nátriumionok sejt citoplazmából a környezetbe való aktív átvitele miatt történik.
A nátrium akciós potenciál hipotézisére Hodgkin is bizonyítékot szerzett. Valóban, ha az akciós potenciál nátrium természetű, akkor a nátriumionok koncentrációjának változtatásával az akciós potenciál nagysága megváltoztatható. Kiderült, hogy az óriástintahal axonjának normális környezetét jelentő tengervíz 2/3-át izotóniás dextróz oldattal helyettesítve, vagyis ha a környezet nátriumkoncentrációja 2/3-al változik, az akciós potenciál csökken. felére.
Így a biopotenciálok megjelenése egy szelektív permeabilitással rendelkező biológiai membrán függvénye. A nyugalmi potenciál és az akciós potenciál nagyságát a sejt-környezet rendszerében lévő ionos aszimmetria határozza meg.
8. Elektromos jelenségek ideg- és izomszövetekben izgalom közben. Akciós potenciál, nagysága, fázisai és időtartama. Az akciós potenciál fázisai és az ingerlékenység fázisai közötti kapcsolat.
Fentebb már bemutattuk, hogy az ideg- és izomrostokban a gerjesztés a felületi membrán mentén terjedő elektromos impulzusok segítségével történik. A gerjesztés idegről izomra történő átvitele más mechanizmuson alapul. Ez a rendkívül aktív kémiai vegyületek - az idegimpulzus közvetítői - idegvégződések általi felszabadulásának eredménye. A vázizom szinapszisainál ilyen transzmitter az acetilkolin (ACh).
A neuromuszkuláris szinapszisban három fő szerkezeti elem található: preszinaptikus membrán az idegen posztszinaptikus membrán az izomban, köztük - szinaptikus hasadék . A szinapszis alakja variálható. Nyugalomban az ACh úgynevezett szinaptikus vezikulákban található az idegrost véglemezén belül. A rost citoplazmáját a benne lebegő szinaptikus vezikulákkal preszinaptikus membrán választja el a szinaptikus hasadéktól. Amikor a preszinaptikus membrán depolarizálódik, töltése és permeabilitása megváltozik, a vezikulák a membránhoz közel kerülnek és a szinaptikus hasadékba ömlenek, melynek szélessége eléri a 200-1000 angströmet. Az adó a résen keresztül elkezd diffundálni a posztszinaptikus membrán felé.
A posztszinaptikus membrán nem elektrogén, de nagyon érzékeny a transzmitterre az úgynevezett kolinerg receptorok – biokémiai csoportok – jelenléte miatt, amelyek szelektíven reagálhatnak az ACh-val. Ez utóbbi 0,2-0,5 ms alatt éri el a posztszinaptikus membránt. (úgynevezett "szinaptikus késleltetés") és a kolinerg receptorokkal kölcsönhatásba lépve megváltoztatja a membrán Na-permeabilitását, ami a posztszinaptikus membrán depolarizációjához és rajta depolarizációs hullám kialakulásához vezet, amit ún. serkentő posztszinaptikus potenciál, (EPSP), amelynek értéke meghaladja az izomrost membrán szomszédos, elektrogén területeinek Ec értékét. Ennek hatására akciós potenciál (AP) keletkezik bennük, amely az izomrost teljes felületén szétterül, majd annak összehúzódását idézi elő, elindítva az ún. elektromechanikus tengelykapcsoló (Capling). A szinaptikus hasadékban és a posztszinaptikus membránon található jeladó nagyon rövid ideig működik, mivel a kolinészteráz enzim tönkreteszi, amely felkészíti a szinapszist az adó új részének fogadására. Azt is kimutatták, hogy a reagálatlan ACh egy része visszatérhet az idegrostba.
Nagyon gyakori stimulációs ritmusokkal a posztszinaptikus potenciálok összegezhetők, mivel a kolinészteráznak nincs ideje teljesen lebontani az idegvégződésekben felszabaduló ACh-t. Az összegzés hatására a posztszinaptikus membrán egyre inkább depolarizálódik. Ebben az esetben az izomrost szomszédos elektrogén területei olyan depressziós állapotba kerülnek, amely hasonló az egyenáramú katód hosszan tartó működése során kialakuló állapothoz. (Verigo katódos depresszió).
A szövetben való gerjesztés egy rá jellemző funkció megjelenésében (idegszövet általi gerjesztés, izomösszehúzódás, mirigyszekréció) és nem specifikus reakciókban (akciós potenciál generálása, anyagcsere-változások) nyilvánul meg.
Az akciós áram (PD és ECP) egy elektromos áram, amely ideg-, izom- és egyes növényi sejtekben lép fel a gerjesztett és a szomszédos pihenőterületeik között. A membrán ionpermeabilitásának és potenciáljának változása okozza, amely a gerjesztett területen alakul ki. Fontos szerepet játszik az akciós potenciál terjedésében a sejt (rost) mentén. Az akciós potenciál a membránpotenciál eltolódása, amely a szövetben küszöb- és küszöbérték feletti inger hatására következik be, amely a sejtmembrán feltöltődésével jár együtt.
Küszöb- vagy küszöbérték feletti inger hatására a sejtmembrán ionok permeabilitása különböző mértékben változik. A Na-ionok esetében 400-500-szorosára nő, és a gradiens gyorsan növekszik, a K-ionok esetében - 10-15-szörösére, és a gradiens lassan fejlődik. Ennek eredményeként a Na-ionok a sejtbe, a K-ionok kikerülnek a sejtből, ami a sejtmembrán feltöltődéséhez vezet. A membrán külső felülete negatív, míg a belső felülete pozitív töltést hordoz. A pontos mérések kimutatták, hogy az akciós potenciál amplitúdója 30-50 mV-tal nagyobb, mint a nyugalmi potenciálé.
PD fázisok. A PD 2 fázisból áll:
1. Depolarizációs fázis. Megfelel a membránpotenciál gyors, körülbelül 110 mV-os változásának (membrándepolarizáció). A membránpotenciál nyugalmi szintről (kb. -70 mV) az egyensúlyi potenciálhoz közeli értékre változik - arra a potenciálra, amelynél a bejövő áram nulla értéket vesz fel (ENa + (kb. 40 mV)).
2. Repolarizációs fázis. A membránpotenciál ismét eléri a nyugalmi szintet (a membrán repolarizálódik), ami után a hiperpolarizáció a nyugalmi potenciálnál kb. 10 mV-tal kisebb (negatívabb) értékre lép fel, azaz. körülbelül -80 mV.
Az akciós potenciál időtartama ideg- és vázizomrostokban 0,1-5 ms között változik, míg a repolarizációs fázis mindig hosszabb, mint a depolarizációs fázis.
Az akciós potenciál és az ingerlékenység fázisainak kapcsolata. A sejtek ingerlékenységének mértéke az AP fázistól függ. A lokális válaszfázisban az ingerlékenység fokozódik. Az ingerlékenységnek ezt a fázisát látens addíciónak nevezzük. Az AP repolarizációs fázisában, amikor minden nátriumcsatorna megnyílik, és a nátriumionok lavinaként zúdulnak be a sejtbe, ezt a folyamatot semmilyen inger, még egy nagyon erős inger sem tudja stimulálni. Ezért a depolarizáció fázisa megfelel az abszolút tűzállóság fázisának. A repolarizációs fázis során a nátriumcsatornák egyre nagyobb része bezárul. A küszöb feletti inger hatására azonban újra megnyílhatnak. Ez megfelel a relatív tűzállóság fázisának. Nyomdepolarizáció során az MP kritikus szinten van, így még a küszöb alatti ingerek is sejtgerjesztést okozhatnak. Következésképpen ebben a pillanatban ingerlékenysége fokozott. Ezt a fázist nevezzük szupernormális ingerlékenységi fázisnak. A nyomhiperpolarizáció pillanatában az MP magasabb, mint a kezdeti szint. A szubnormális ingerlékenység szakaszában van.
9. A vázizmok felépítése és beidegzésük. Motoros egység. Az izmok élettani tulajdonságai, jellemzőik újszülöttnél.
Az izmok morfo-funkcionális osztályozása:
1. Keresztcsíkos
a) csontváz - többmagvú sejtek, keresztcsíkozottak, a magok közelebb vannak a sarcolemmához. Súlya 40%.
b) szív - keresztcsíkozott, mononukleáris sejtek, a mag a központban. Súlya 0,5%.
2. Sima - egymagvú sejtek, nem rendelkeznek keresztirányú csíkokkal. Más szervek részei. Teljes tömeg 5-10%.
Az izmok általános tulajdonságai.
1) Izgalom. PP = -90mV. AP amplitúdó = 120 mV - előjel megfordítása +30 mV.
2) Vezetőképesség – a PD átvezetésének képessége a sejtmembránon (3-5 m/s). Biztosítja a PD eljuttatását a T-tubulusokba, és azokból a kalciumot felszabadító L-tubulusokba.
3) Összehúzódás – az a képesség, hogy izgatott állapotban lerövidítjük vagy feszültséget fejlesszünk ki.
4) Rugalmasság - az a képesség, hogy visszatérjen eredeti hosszához.
A vázizmok funkciói:
1. A test mozgása a térben
2. Mozgó testrészek egymáshoz képest
3. A testtartás megtartása
4. Hőtermelés
5. A vér és a nyirok mozgása (dinamikus munka)
6. Részvétel a szellőztetésben
7. Belső szervek védelme
8. Anti-stressz faktor
A vázizom szerveződésének szintjei:
Az egész izmot az epimysium veszi körül, és erek és idegek közelítik meg. Az egyes izomkötegeket perimysium borítja. Sejtköteg (izomrost vagy szimplaszt) - endomyziummal borítva. A sejt myofilamentumokból származó myofibrillumot tartalmaz, a fő fehérjéket - aktint, miozint, tropomiozint, troponint, kalcium-ATPázt, kreatin-foszfokinázt, szerkezeti fehérjéket.
Egy izomban megkülönböztetik a motoros egységeket (motoros, neuromotoros egységeket) - ez a motoros neuron, annak axonja és az ezen axon által beidegzett izomrostjainak funkcionális társulása. Ezek az izomrostok az izom különböző részein (kötegeiben) helyezkedhetnek el.
A motoros egység (MU) a vázizom funkcionális egysége. Az ME egy motoros neuront és az általa beidegzett izomrostok csoportját foglalja magában.
Az izomrostok típusai:
1) oxidatív típusú lassú fázisú rostok
2) oxidatív típusú gyorsfázisú szálak (2a típusú)
3) glikolitikus típusú gyorsfázisú rostok (2b típus)
4) tónusos szálak
Az izomösszehúzódás mechanizmusai.
A) egyetlen izomrost
B) egész izom
A vázizomzat a következő alapvető tulajdonságokkal rendelkezik:
1) ingerlékenység - az ingerre adott válasz képessége az ionvezetőképesség és a membránpotenciál megváltoztatásával. Természetes körülmények között ez az irritáló anyag az acetilkolin neurotranszmitter.
2) vezetőképesség - az akciós potenciál vezetésének képessége az izomrost mentén és mélyen a T-rendszer mentén;
3) kontraktilitás - az a képesség, hogy izgatottság esetén a feszültséget lerövidítsék vagy fejlesszék;
4) rugalmasság - az a képesség, hogy feszültséget fejlesszen ki nyújtáskor.
10. Az izomösszehúzódás módjai: izotóniás és izometrikus. Abszolút izomerő. Az izomerő életkorral összefüggő változásai.
A vázizom összehúzódási képességét az izom által kifejlődött összehúzódási erő jellemzi (általában értékelik általános erő amely egy izom fejlődhet, és abszolút, azaz a keresztmetszet 1 cm 2 -ére eső erő). Mivel ezeket a paramétereket nagymértékben meghatározza az izomrostok kezdeti hossza és az izom terhelése, az izomösszehúzódás vizsgálatát különböző módokon végzik.
Egy izomrost irritációja egyetlen küszöbértékkel vagy küszöbérték feletti ingerrel egyetlen összehúzódáshoz vezet, amely több periódusból áll (2.23. ábra). Az első, a látens periódus az izomrost membrán gerjesztése, a PD T-rendszeren keresztül a rostba való terjedése, az inozit-trifoszfát képződése, az intracelluláris kalcium koncentrációjának növekedése által okozott időkésések összege. és a kereszthidak aktiválása. A béka sartorius izom esetében a lappangási idő körülbelül 2 ms.
A második a megrövidülés vagy a feszültség kialakulásának időszaka. Az izomrost szabad rövidülése esetén beszélünk izotóniás összehúzódási mód, amelyben a feszültség gyakorlatilag nem változik, és csak az izomrost hossza változik. Ha az izomrost mindkét oldalon rögzítve van, és nem lehet szabadon megrövidíteni, akkor azt mondják izometrikus összehúzódási mód Szigorúan véve ennél az összehúzódási módnál az izomrost hossza nem változik, míg a szarkomerek mérete az aktin és a miozin filamentumok egymáshoz viszonyított elcsúszása miatt változik. Ebben az esetben a keletkező feszültség a szálon belül elhelyezkedő rugalmas elemekre kerül át. A miozin filamentumok, aktin filamentumok, Z-lemezek, hosszirányban elhelyezkedő szarkoplazmatikus retikulum és az izomrostok szarkolemmáiból álló kereszthidak rugalmas tulajdonságokkal rendelkeznek.
Izolált izomzaton végzett kísérletek során az izom és az inak kötőszöveti elemeinek nyújtása derül ki, amelyre a keresztirányú hidak által kifejtett feszültség átadódik.
Az emberi testben az izotóniás vagy izometrikus összehúzódás izolált formában nem fordul elő. A feszültség kialakulását általában az izomhossz rövidülése kíséri - auxotóniás módú összehúzódás
A harmadik a relaxációs periódus, amikor a Ca 2+ -ionok koncentrációja csökken, és a miozinfejek lekapcsolódnak az aktin filamentumokról.
Úgy gondolják, hogy egyetlen izomrost esetében bármely szarkomer által kifejtett feszültség megegyezik bármely másik szarkomer feszültségével. Mivel a szarkomerek sorba kapcsolódnak, az izomrost összehúzódási sebessége arányos a szarkomerek számával. Így egyetlen összehúzódás során egy hosszú izomrost rövidülési sebessége nagyobb, mint egy rövidebbé. Az izomrost által kifejtett erő mértéke arányos a rostban lévő myofibrillumok számával. Az izomtréning során megnő a myofibrillumok száma, amely az izomösszehúzódási erő növelésének morfológiai szubsztrátja. Ugyanakkor a mitokondriumok száma megnövekszik, növelve az izomrost állóképességét a fizikai aktivitás során.
Egy izolált izomban egyetlen összehúzódás mértékét és sebességét számos további tényező határozza meg. Egyetlen összehúzódás mértékét elsősorban az összehúzódásban részt vevő motoros egységek száma határozza meg. Mivel az izmok különböző szintű ingerlékenységű izomrostokból állnak, bizonyos kapcsolat van az inger nagysága és a válasz között. A kontrakciós erő növekedése egy bizonyos határig lehetséges, ezután az összehúzódási amplitúdó változatlan marad az ingeramplitúdó növekedésével. Ebben az esetben az izmot alkotó összes izomrost részt vesz az összehúzódásban.
Az összes izomrost összehúzódásban való részvételének fontosságát a rövidülés sebességének a terhelés nagyságától való függésének tanulmányozása mutatja.
Amikor egy második ingert alkalmazunk az izomfeszülés rövidülésének vagy kialakulásának időszakában, akkor két egymást követő összehúzódás összegződik, és az ebből eredő amplitúdójú válasz lényegesen magasabb lesz, mint egyetlen inger esetén; Ha egy izomrostot vagy izmot olyan gyakorisággal stimulálják, hogy a feszültség rövidülése vagy kialakulása során ismétlődő ingerek lépnek fel, akkor az egyszeri összehúzódások teljes összegzése következik be és alakul ki. sima tetanusz (2.25. ábra, B). A tetanusz egy erős és hosszan tartó izomösszehúzódás. Úgy gondolják, hogy ez a jelenség a sejten belüli kalciumkoncentráció növekedésén alapul, ami lehetővé teszi az aktin és a miozin közötti kölcsönhatást, valamint a kereszthidak általi izomerő létrehozását kellően hosszú ideig. Ha a stimuláció gyakoriságát csökkentjük, előfordulhat, hogy egy relaxációs időszak alatt ismételt ingert alkalmazunk. Ebben az esetben az izomösszehúzódások összegzése is megtörténik, de az izomösszehúzódási görbén jellegzetes visszahúzódás figyelhető meg (2.25. ábra, D) - nem teljes összegzés, ill. fogazott tetanusz.
Tetanusz esetén az izomösszehúzódások összegződése következik be, míg az izomrostok akciós potenciálját nem összegzik.
Természetes körülmények között a vázizmok egyszeri összehúzódása nem fordul elő. Kiegészítés történik, ill szuperpozíció, az egyes neuromotoros egységek rövidítései. Ebben az esetben az összehúzódás ereje növekedhet mind az összehúzódásban részt vevő motoros egységek számának változása, mind a motoros neuronok impulzusfrekvenciájának változása miatt. Ha az impulzusfrekvencia növekszik, az egyes motoros egységek összehúzódásainak összegzése figyelhető meg.
A természetes körülmények között az összehúzódási erő növekedésének egyik oka a motoros neuronok által generált impulzusok gyakorisága. Ennek második oka a gerjesztett motoros neuronok számának növekedése és a gerjesztésük frekvenciájának szinkronizálása. A motoros neuronok számának növekedése megfelel az összehúzódásban részt vevő motoros egységek számának növekedésének, és a gerjesztésük szinkronizálási fokának növekedése hozzájárul az amplitúdó növekedéséhez az egyes által kifejlesztett maximális összehúzódás szuperpozíciója során. motoregység külön.
Egy izolált vázizom összehúzódási ereje, ha más tényezők megegyeznek, az izom kezdeti hosszától függ. Az izom mérsékelt nyújtása azt eredményezi, hogy az általa kifejtett erő megnő a meg nem nyújtott izom által kifejtett erőhöz képest. Az izom rugalmas komponenseinek jelenléte és az aktív összehúzódás okozza a passzív feszültség összegzését. A maximális összehúzó erő akkor érhető el, ha a szarkomer mérete 2-2,2 µm (2.26. ábra). A szarkomer hosszának növekedése a kontrakciós erő csökkenéséhez vezet, mivel az aktin és a miozin filamentumok kölcsönös átfedésének területe csökken. A 2,9 µm-es szarkomerhosszúságnál az izom a maximális lehetséges maximum 50%-ának megfelelő erőt képes kifejteni.
Természetes körülmények között a vázizmok összehúzódási ereje nyújtáskor, például masszázs közben, a gamma efferensek munkája miatt megnő.
Az abszolút izomerő a maximális izomerő és annak fiziológiás átmérőjének aránya, azaz. az a maximális terhelés, amelyet egy izom fel tud emelni, osztva az összes izomrost teljes területével. Az összehúzódás ereje nem marad állandó az élet során. A hosszan tartó tevékenység hatására a vázizmok teljesítménye csökken. Ezt a jelenséget fáradtságnak nevezik. Ezzel párhuzamosan csökken az összehúzódás ereje, nő az összehúzódás látens periódusa és a relaxációs időszak.
11. Egyszeri izomösszehúzódások, fázisai. Az izomingerlékenység változásának fázisai. Egyetlen összehúzódás jellemzői újszülötteknél.
Egy izom vagy az azt beidegző motoros ideg egyetlen ingerrel történő stimulálása az izom egyszeri összehúzódását okozza. Két fő fázist különböztet meg: a kontrakciós és a relaxációs fázist. Az izomrost összehúzódása már az akciós potenciál felszálló ága során elkezdődik. A kontrakció időtartama az izomrost minden pontján több tízszer hosszabb, mint az AP időtartama. Ezért eljön az a pillanat, amikor az AP végighaladt az egész szálon, és véget ért, de az összehúzódási hullám az egész szálat elnyeli, és tovább rövidül. Ez az izomrost maximális megrövidülésének vagy feszülésének pillanatának felel meg.
Az egyes izomrostok összehúzódása egyetlen összehúzódás során megfelel a törvénynek." Mindent vagy semmit". Ez azt jelenti, hogy mind a küszöb-, mind a szuperküszöb-stimuláció során fellépő összehúzódásnak van egy maximális amplitúdója. A teljes izom egyszeri összehúzódásának nagysága a stimuláció erősségétől függ. Küszöb-stimulációnál az összehúzódása alig észrevehető, de növelve a stimuláció erejét, addig növekszik, amíg el nem ér egy bizonyos magasságot, ami után változatlan marad (maximális összehúzódás) Ez azzal magyarázható, hogy az egyes izomrostok ingerlékenysége nem azonos, ezért csak egy részük gerjesztődik. gyenge stimulációval Maximális összehúzódásnál az akcióerő terjedési sebességével 3.5-5.0 m/sec.
Egyszeri összehúzódás - egy ingerrel való csökkentés. Ez egy látens időszakra, egy összehúzódási szakaszra és egy relaxációs szakaszra oszlik. A látens periódus pillanatában következik be a refrakter fázis. De már a rövidülési szakasz elején helyreáll.
12. Izomösszehúzódások összegzése. Tetanikus összehúzódások.
Ha egy kísérletben két erős, egyszeri ingerlés hat egyetlen izomrostra vagy az egész izomra gyors egymásutánban, az így létrejövő összehúzódás amplitúdója nagyobb lesz, mint a maximális egyszeri összehúzódás. Az első és a második stimuláció által okozott összehúzódási hatások összeadódnak. Ezt a jelenséget a kontrakciók összegzésének nevezik. Az összegzés létrejöttéhez szükséges, hogy az irritációk közötti intervallum egy bizonyos időtartamú legyen – hosszabbnak kell lennie, mint a refrakter periódus, de rövidebbnek kell lennie egyetlen összehúzódás teljes időtartamánál, hogy a második irritáció még azelőtt érintse az izmot, hogy ideje lenne. kikapcsolódni. Ebben az esetben két eset lehetséges. Ha a második inger akkor érkezik, amikor az izom már elkezdett ellazulni, akkor a miográfiai görbén a második összehúzódás csúcsát egy visszahúzás választja el az elsőtől. Ha a második stimuláció akkor lép fel, amikor az első összehúzódás még nem érte el a csúcspontját, akkor a második összehúzódás összeolvadni látszik az elsővel, és ezzel együtt egyetlen összegzett csúcsot alkot. Mind a teljes, mind a nem teljes összegzés esetén a PD-k nem összegződnek. Ezt a ritmikus stimulációra adott összehúzódást tetanusznak nevezik. Az irritáció gyakoriságától függően lehet egyenetlen vagy sima.
A tetanusz alatti összehúzódások összegzésének oka az interfibrilláris térben 5*10 6 mmol/l koncentrációjú Ca++-ionok felhalmozódása. Ezen érték elérése után a további Ca++ felhalmozódás nem vezet a tetanusz amplitúdójának növekedéséhez.
A tetaniás stimuláció megszűnése után a rostok eleinte nem ellazulnak el teljesen, eredeti hosszuk csak egy idő után áll vissza. Ezt a jelenséget poszttetaniásnak vagy reziduális kontraktúrának nevezik. Ehhez kapcsolódik. hogy több időbe telik az interfibrilláris térből az összes olyan Ca++ eltávolítása, amely ritmikus ingerek hatására került oda, és nem volt ideje Ca-pumpák munkájával teljesen eltávolítani a szarkoplazmatikus retikulum ciszternáiba.
Ha a sima tetanusz elérése után a stimuláció gyakorisága még tovább nő, akkor az izom egy bizonyos gyakorisággal hirtelen ellazulni kezd. Ezt a jelenséget az ún pessimum . Ez akkor fordul elő, amikor minden következő impulzus az előzőhöz képest refrakteritásba esik.
13. A myofibrillumok ultrastruktúrája. Összehúzódó fehérjék (aktin, miozin). Szabályozó fehérjék (troponin, tropomiozin) a vékony protofibrillumok összetételében. Az izomösszehúzódás elmélete.
A myofibrillumok az izomrostok összehúzó szerkezete. A harántcsíkolt izomrostokban a myofibrillumok rendszeresen váltakozó szakaszokra (korongokra) oszlanak, amelyek eltérő optikai tulajdonságokkal rendelkeznek. Ezen területek egy része anizotróp, pl. kettős törőek. Normál fényben sötétnek tűnnek, de polarizált fényben hosszirányban átlátszónak, keresztirányban átlátszatlannak tűnnek. A többi terület izotróp, és normál fényben átlátszónak tűnik. Az anizotróp területeket a betű jelöli A, izotróp - ÉN. Az A lemez közepén világos csík található N, és az I. lemez közepén egy sötét csík látható Z, amely egy vékony keresztirányú membrán, amelynek pórusain a miofibrillumok áthaladnak. Egy ilyen tartószerkezet jelenléte miatt az egyes myofibrillumok párhuzamos, egyértelmű korongjai egy roston belül nem mozdulnak el egymáshoz képest az összehúzódás során.
Megállapították, hogy mindegyik miofibrillum átmérője körülbelül 1 μm, és átlagosan 2500 protofibrillből áll, amelyek miozin és aktin fehérjék megnyúlt polimerizált molekulái. A miozin filamentumok (protofibrillumok) kétszer olyan vastagok, mint az aktin filamentumok. Átmérőjük körülbelül 100 angström. Az izomrost nyugalmi állapotában a filamentumok úgy helyezkednek el a myofibrillumban, hogy vékony, hosszú aktinfilamentumok jutnak be végeikkel a vastag és rövidebb miozin filamentumok közötti térbe. Egy ilyen szakaszon minden vastag szálat 6 vékony vesz körül. Emiatt az I korongok csak aktin filamentumokból állnak, az A korongok pedig szintén miozin filamentumokból állnak. A H világos csík egy aktinszálaktól mentes zónát jelöl a nyugalmi időszakban. Az I. korong közepén áthaladó Z membrán összetartja az aktinszálakat.
A miofibrillumok ultramikroszkópos szerkezetének fontos összetevője a miozinon található számos kereszthíd is. Az aktin filamentumoknak viszont úgynevezett aktív centrumai vannak, amelyeket nyugalmi állapotban, mint egy burkolat, speciális fehérjék - troponin és tropomiozin - borítanak. Az összehúzódás az aktin filamentumoknak a miozin filamentumokhoz viszonyított elcsúszásának folyamatán alapul. Ezt a csúszást az ún. "kémiai felszerelés", azaz a kereszthidak állapotában bekövetkező változások időszakosan előforduló ciklusai és kölcsönhatásuk az aktin aktív központjaival. Az ATP és a Ca+ ionok fontos szerepet játszanak ezekben a folyamatokban.
Amikor egy izomrost összehúzódik, az aktin és a miozin filamentumok nem rövidülnek meg, hanem elkezdenek egymáson csúszni: az aktin filamentumok a miozin filamentumok között mozognak, aminek következtében az I korongok hossza lerövidül, az A korongok pedig megtartják méretüket, közelebb kerülve egymáshoz. A H csík szinte eltűnik, mert az aktin végei összeérnek, sőt átfedik egymást.
14. A gerjesztés és a kontrakció (elektromechanikus csatolás) kapcsolata izomrostokban. A kalciumionok szerepe. A szarkoplazmatikus retikulum működése.
A vázizomban természetes körülmények között az izomösszehúzódás iniciátora az akciós potenciál, amely gerjesztve az izomrost felszíni membránja mentén terjed.
Ha a mikroelektróda hegyét az izomrost felületére helyezzük a Z membrán tartományában, akkor nagyon gyenge elektromos inger alkalmazásakor, amely depolarizációt okoz, az I korongok a stimuláció helyének mindkét oldalán rövidülni kezdenek. ebben az esetben a gerjesztés mélyen a rostba, a membrán mentén terjed Z. A membrán más részeinek irritációja nem okoz ilyen hatást. Ebből az következik, hogy a felületi membrán depolarizációja az I. korong területén az AP terjedése során a kontraktilis folyamat kiváltó mechanizmusa.
További vizsgálatok kimutatták, hogy a membrándepolarizáció és az izomösszehúzódás kezdete közötti fontos köztes kapcsolat a szabad CA++ ionok behatolása az interfibrilláris térbe. Nyugalomban az izomrostban lévő Ca++ nagy része a szarkoplazmatikus retikulumban raktározódik.
Az izomösszehúzódás mechanizmusában különös szerepet játszik a retikulumnak az a része, amely a Z membrán régiójában helyezkedik el. Az elektronmikroszkóppal feltárjuk az ún. retikulumot. triád (T-rendszer), amelyek mindegyike egy vékony keresztirányú csőből áll, amely központilag a Z membrán régiójában helyezkedik el, és fut át a roston, és a szarkoplazmatikus retikulum két oldalsó ciszternájából áll, amelyek kötött Ca++-t tartalmaznak. A felületi membrán mentén terjedő PD a triádok keresztirányú csövei mentén mélyen a szálba kerül. Ezután a gerjesztés a ciszternákba kerül, depolarizálja a membránjukat és áteresztővé válik a CA++ számára.
Kísérletileg megállapították, hogy a szabad Ca++-ionoknak van egy bizonyos kritikus koncentrációja, amelynél a myofibrillumok összehúzódása megindul. Ez szálonként 0,2-1,5 * 10 6 ionnak felel meg. A Ca++ koncentráció 5*10 6-ra emelkedése már maximális összehúzódást okoz.
Az izomösszehúzódás kezdete az AP felszálló végtagjának első harmadára korlátozódik, amikor az értéke eléri az 50 mV-ot. Úgy gondolják, hogy a depolarizáció ilyen nagyságánál a Ca++-koncentráció válik az aktin és a miozin közötti kölcsönhatás kezdetének küszöbévé.
A Ca++ felszabadulási folyamata az AP csúcs lejárta után leáll. Ennek ellenére az összehúzódás tovább növekszik, amíg működésbe nem lép az a mechanizmus, amely biztosítja a Ca++ visszajutását a retikulum ciszternáiba. Ezt a mechanizmust „kalciumpumpának” nevezik. Munkájának elvégzéséhez az ATP lebontásából nyert energiát használják fel.
Az interfibrilláris térben a Ca++ kölcsönhatásba lép az aktin filamentumok aktív központjait - troponinnal és tropomiozinnal - lefedő fehérjékkel, lehetőséget adva a miozin kereszthidak és aktin filamentumok reakciójára.
Így az izomrost összehúzódásához, majd ellazulásához vezető események sorozatát jelenleg a következőképpen ábrázoljuk:
15. Fáradtság izommunka során. A fáradtság okai. Az aktív pihenés fogalma.
A fáradtság egy sejt, szerv vagy egész szervezet teljesítményének átmeneti csökkenése, amely munka eredményeként jelentkezik, és pihenés után megszűnik.
Ha egy izolált izmot hosszú ideig irritál ritmikus elektromos ingerekkel, amelyekre kis terhelést felfüggesztenek, akkor az összehúzódások amplitúdója fokozatosan csökken, amíg nullára csökken. Fáradási görbét rögzítünk. A fáradtság során az összehúzódások amplitúdójának változásával együtt nő a kontrakció látens periódusa, meghosszabbodik az izomrelaxációs periódus és nő az irritáció küszöbe, azaz. az ingerlékenység csökken. Mindezek a változások nem közvetlenül a munka megkezdése után következnek be, van egy bizonyos időszak, amely alatt az összehúzódások amplitúdója megnövekszik és az izom ingerlékenysége enyhén nő. Ugyanakkor könnyen nyújthatóvá válik. Ilyenkor azt mondják, hogy az izom „be van dolgozva”, azaz. alkalmazkodik a munkához egy adott ritmusban és az irritáció erősségében. A működőképesség időszaka után a stabil teljesítmény időszaka kezdődik. További elhúzódó irritáció esetén az izomrostok fáradtsága lép fel.
A hosszan tartó irritáció során a testtől elszigetelt izom teljesítményének csökkenése két fő okra vezethető vissza. Ezek közül az első, hogy az összehúzódások során az izomzatban anyagcseretermékek halmozódnak fel (foszforsav, Ca++-kötés, tejsav stb.), amelyek az izomteljesítményt lehangolóan hatnak. Ezen termékek némelyike, valamint a Ca-ionok a rostokból a pericelluláris térbe diffundálnak, és elnyomják az ingerelhető membrán AP-generáló képességét. Tehát, ha egy kis mennyiségű Ringer-folyadékba helyezett izolált izmot a teljes kimerültségig hozzuk, akkor az izomösszehúzódások helyreállításához elegendő az oldat cseréje.
Egy izolált izomban a fáradtság kialakulásának másik oka az energiatartalékok fokozatos kimerülése. Hosszan tartó munkával az izom glikogéntartalma élesen csökken, aminek következtében az ATP és a CP újraszintézisének folyamatai megszakadnak, amelyek az összehúzódáshoz szükségesek.
Meg kell jegyezni, hogy a szervezet létezésének természetes körülményei között a motoros rendszer fáradtsága a hosszan tartó munkavégzés során teljesen másképp alakul ki, mint egy izolált izomkísérletben. Ez nem csak annak köszönhető, hogy a szervezetben az izom folyamatosan vérrel van ellátva, ezáltal megkapja vele a szükséges tápanyagokat, és megszabadul az anyagcseretermékektől. A fő különbség az, hogy a testben izgalmas impulzusok érkeznek az izomba az idegből. A neuromuszkuláris szinapszis sokkal korábban elfárad, mint az izomrost, a felhalmozott neurotranszmitter tartalékok gyors kimerülése miatt. Ez blokkolja a gerjesztés átvitelét az idegből az izomba, ami megvédi az izmot a hosszan tartó munka okozta kimerültségtől. Az egész szervezetben az idegközpontok (ideg-ideg kontaktusok) munka közben még korábban elfáradnak.
Az idegrendszer szerepét az egész szervezet fáradtságában a hipnózisban (súlykosárban) végzett fáradtság vizsgálatai bizonyítják, megállapítva az „aktív pihenés” hatását a fáradtságra, a szimpatikus idegrendszer szerepét (Orbeli-Ginetzinsky jelenség). ), stb.
Az ergográfiát emberek izomfáradtságának tanulmányozására használják. A kifáradási görbe alakja és az elvégzett munka mennyisége rendkívül eltérő egyéneknél, de akár ugyanazon alanynál is eltérő körülmények között.
16. A simaizomzat élettani jellemzői. A simaizmok képlékeny tónusa.
A simaizom egyik fontos tulajdonsága a nagy műanyag , azok. a nyújtás által adott hossz megtartásának képessége a feszültség megváltoztatása nélkül. A vázizomzat éppen ellenkezőleg, a terhelés eltávolítása után azonnal lerövidül. A simaizom addig marad megfeszülve, amíg valamilyen irritáció hatására aktív összehúzódása meg nem történik. A plaszticitás tulajdonsága nagy jelentőséggel bír az üreges szervek normális működése szempontjából - ennek köszönhetően az üreges szerv belsejében a nyomás viszonylag keveset változik a telítettség különböző fokai mellett.
A simaizmoknak különböző típusai vannak. A legtöbb üreges szerv falában 50-200 mikron hosszúságú és 4-8 mikron átmérőjű izomrostok találhatók, amelyek nagyon szorosan egymás mellett helyezkednek el, ezért mikroszkóppal vizsgálva úgy tűnik, morfológiailag egy egészet alkotnak. Az elektronmikroszkópos vizsgálat azonban azt mutatja, hogy sejtközi rések választják el őket egymástól, amelyek szélessége 600-1500 angström is lehet. Ennek ellenére a simaizom egy egységként működik. Ez abban nyilvánul meg, hogy az AP és a lassú depolarizációs hullámok akadálytalanul terjednek egyik szálról a másikra.
Egyes simaizomban, például a szem ciliáris izmában vagy az írisz izmaiban, a rostok külön-külön helyezkednek el, és mindegyiknek saját beidegzése van. A legtöbb simaizomban a motoros idegrostok csak kis számú roston találhatók.
Az automatizmussal rendelkező simaizomrostok nyugalmi potenciálja állandó kis ingadozást mutat. Értéke az intracelluláris abdukció során 30-70 mV. Az automatizmussal nem rendelkező simaizomrostok nyugalmi potenciálja stabil és 60-70 mV. Mindkét esetben értéke kisebb, mint a vázizom nyugalmi potenciálja. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a nyugalmi simaizomrostok membránját a Na-ionok viszonylag magas permeabilitása jellemzi. A simaizomzatban az akciós potenciál is valamivel alacsonyabb, mint a vázizmokban. A nyugalmi potenciál túllépése nem haladja meg a 10-20 mV-ot.
Az AP előfordulásának ionos mechanizmusa a simaizomzatban némileg eltér a vázizmoktól. Megállapítást nyert, hogy a regeneratív membrándepolarizáció, amely számos simaizom akciós potenciáljának hátterében áll, inkább a Ca++ ionok membránpermeabilitásának növekedésével jár, mint a Na+ esetében.
Sok simaizom spontán, automatikus aktivitást mutat. Jellemzője a nyugalmi membránpotenciál lassú csökkenése, ami egy bizonyos szint elérésekor AP előfordulásával jár.
ideg- és vázizomrostok, a gerjesztés a sejtmembrán depolarizált és szomszédos nyugalmi szakaszai között keletkező helyi elektromos áramokon keresztül terjed. Ugyanez a mechanizmus jellemző a simaizmokra is. A vázizmokban előfordulótól eltérően azonban a simaizmokban az egyik rostban fellépő akciós potenciál átterjedhet a szomszédos rostokra. Ennek oka az a tény, hogy a simaizomsejtek membránjában a szomszédos sejtekkel való érintkezés területén vannak viszonylag alacsony ellenállású területek, amelyeken keresztül az egyik rostban keletkező áramhurkok könnyen átjutnak a szomszédosba, ami membránjuk depolarizációja. Ebből a szempontból a simaizom hasonló a szívizomhoz. A különbség csak annyi, hogy a szívben az egész izom egy sejtből gerjesztődik, a simaizomzatban pedig az egy területen keletkező PD onnan csak egy bizonyos távolságig terjed, ami az alkalmazott inger erősségétől függ.
A simaizom másik jelentős tulajdonsága, hogy csak akkor lép fel lefelé terjedő akciós potenciál, ha az alkalmazott inger egyidejűleg bizonyos minimális számú izomsejtet gerjeszt. Ez a "kritikus zóna" körülbelül 100 mikron átmérőjű, ami 20-30 párhuzamos cellának felel meg. A gerjesztés sebessége különböző simaizomzatban 2-15 cm/sec. azok. lényegesen kevesebb, mint a vázizomban.
Csakúgy, mint a vázizmokban, a simaizomzatban is az akciós potenciáloknak van kiváltó értéke a kontraktilis folyamat megindulásához. A gerjesztés és az összehúzódás kapcsolata itt is Ca++ segítségével valósul meg. A simaizomrostokban azonban a szarkoplazmatikus retikulum gyengén expresszálódik, ezért a kontrakció mechanizmusában a vezető szerepet azok a Ca++ ionok kapják, amelyek az akciós potenciál létrehozása során behatolnak az izomrostba.
Nagy erejű egyszeri irritáció esetén a simaizom összehúzódása léphet fel. Összehúzódásának látens ideje jóval hosszabb, mint a csontvázé, eléri a 0,25-1 másodpercet. Maga az összehúzódás időtartama is hosszú - legfeljebb 1 perc. Az ellazulás különösen lassan következik be az összehúzódás után. Az összehúzódási hullám a gerjesztési hullámmal azonos sebességgel (2-15 cm/sec) terjed a simaizomzaton. De a kontraktilis aktivitásnak ez a lassúsága a simaizom összehúzódásának nagy erejével párosul. Így a madarak gyomrának izmai 2 kg-ot képesek felemelni 1 négyzetméterenként. a keresztmetszete.
Az összehúzódás lassúsága miatt a simaizom még ritka ritmusos stimuláció mellett is (10-12 percenként) könnyen tartós, tartós összehúzódási állapotba kerül, ami vázizom tetanuszra emlékeztet. Az ilyen csökkentés energiaköltségei azonban nagyon alacsonyak.
A simaizmok automatizálásának képessége az izomrostjaikban rejlik, és a simaizom szervek falában elhelyezkedő idegelemek szabályozzák. Az automatizmus miogén természetét idegi elemektől megszabadított bélfalizom-csíkokon végzett kísérletek igazolták. A simaizom minden külső hatásra a spontán ritmusok frekvenciájának megváltoztatásával reagál, ami az izom összehúzódását vagy ellazulását eredményezi. A bél simaizmainak irritációjának hatása az ingerlés gyakorisága és a spontán ritmusok természetes frekvenciája közötti összefüggéstől függ: alacsony tónus esetén - ritka spontán PD - az alkalmazott irritáció növeli a tónust magas tónus esetén, az irritáció hatására relaxáció következik be , mivel az impulzusok túlzott felgyorsulása ahhoz vezet, hogy minden következő impulzus az előzőhöz képest refrakter fázisba esik.
17. Az idegrostok felépítése és funkciói. A gerjesztés mechanizmusa
myelinizált és nem myelinizált idegrostok. A Ranvier csomópontjainak jelentése.
Az axonok fő funkciója a neuronban keletkező impulzusok vezetése. Az axonokat mielinhüvely boríthatja (mielinizált rostok), vagy hiányozhat (mielinizálatlan rostok). A myelinizált rostok gyakrabban fordulnak elő a motoros idegekben, míg a nem myelinizált rostok az autonóm idegrendszerben.
Az egyedi myelinizált idegrost egy axiális hengerből áll, amelyet Schwann-sejtek által kialakított mielinhüvely borít. Az axiális hengernek membránja és axoplazmája van. A mielinhüvely a Schwann-sejt aktivitásának terméke, és 80%-ban magas ohmos ellenállású lipidekből és 20%-ban fehérjéből áll.
A mielinhüvely nem fedi le folyamatos burkolattal az axiális hengert, hanem megszakad, így az axiális henger nyitott részei, úgynevezett Ranvier csomópontok maradnak. Az elfogások közötti szakaszok hossza eltérő, és az idegrost vastagságától függ: minél vastagabb, annál nagyobb a távolság az elfogások között (2.17. ábra).
A nem myelinizált idegrostokat csak a Schwann-hüvely fedi.
A nem myelinizált rostokban a gerjesztés vezetése eltér a myelinizált rostokétól a membránok eltérő szerkezete miatt. A nem myelinizált rostokban a gerjesztés fokozatosan lefedi az axiális henger membránjának szomszédos szakaszait, és így az axon végéig terjed. A gerjesztés terjedésének sebességét a szál mentén annak átmérője határozza meg.
A mielin nélküli idegrostokban, ahol az anyagcsere folyamatok nem biztosítják a gerjesztésre fordított energiafelhasználás gyors kompenzációját, ennek a gerjesztésnek a terjedése fokozatosan gyengül - csökkenéssel. A gerjesztés csökkenése az alacsony szervezettségű idegrendszerre jellemző.
A magasabb rendű állatokban, elsősorban a mielinhüvely jelenlétének és az idegrostban az anyagcsere tökéletesedésének köszönhetően, a gerjesztés elhalványulás, csökkenés nélkül megy át. Ezt elősegíti az egyenlő töltés jelenléte a szálmembránban, és annak gyors helyreállítása a gerjesztés áthaladása után.
A myelinizált rostokban a gerjesztés csak a csomópontok elfogásának területeit fedi le, vagyis a myelinnel borított területeket megkerüli. A gerjesztésnek ezt a szál mentén történő vezetését ún ugró (távköz). A csomópontokban a nátriumcsatornák száma eléri a 12 000-et 1 µm-enként, ami lényegesen több, mint a szál bármely más részén. Ennek eredményeként a csomóponti elfogások a leginkább gerjeszthetőek, és nagyobb gerjesztési sebességet biztosítanak. A gerjesztés vezetési ideje a mielinrost mentén fordítottan arányos az intercepciók közötti hosszúsággal.
A gerjesztés vezetése az idegrost mentén hosszú ideig (sok óráig) nem zavart. Ez az idegrost alacsony fáradtságát jelzi. Úgy gondolják, hogy az idegrost viszonylag fáradhatatlan, mivel az energia-újraszintézis folyamatai kellően nagy sebességgel mennek végbe, és sikerül helyreállítani a gerjesztés során fellépő energiafelhasználást.
A gerjesztés pillanatában az idegrost energiáját a nátrium-kálium pumpa működésére fordítják. Különösen nagy mennyiségű energia megy kárba a Ranvier csomópontjainál az itt található nátrium-kálium csatornák nagy sűrűsége miatt.
J. Erlanger és H. Gasser (1937) elsőként osztályozta az idegrostokat a gerjesztés sebessége alapján. A kevert idegrostok mentén a gerjesztés sebessége extracelluláris elektróda használatakor változik. A különböző sebességű gerjesztést vezető szálak potenciáljait külön rögzítjük (2.18. ábra).
A gerjesztés sebességétől függően az idegrostokat három típusra osztják: A, B, C. Az A típusú rostokat viszont négy csoportra osztják: A. α , A β , A γ , A δ . Az A csoportú szálak a legnagyobb vezetési sebességgel rendelkeznek (akár 120 m/s) α , amely 12-22 mikron átmérőjű szálakból áll. Más szálak átmérője kisebb, és ennek megfelelően a rajtuk keresztül történő gerjesztés kisebb sebességgel történik (2.4. táblázat).
Az idegtörzset nagyszámú rost alkotja, de az ezek mentén haladó gerjesztés nem kerül át a szomszédos rostokra. A gerjesztésnek az ideg mentén történő vezetésének ezt a jellemzőjét ún izolált gerjesztés vezetési törvénye különálló idegrost mentén. Az ilyen magatartás lehetősége nagy fiziológiai jelentőséggel bír, mivel ez biztosítja például az egyes neuromotoros egységek összehúzódásának izolálását.
Az idegrost izolált gerjesztési képessége a membránok jelenlétének köszönhető, valamint az, hogy a rostok közötti tereket kitöltő folyadék ellenállása lényegesen kisebb, mint a rostmembrán ellenállása. Ezért a gerjesztett szálat elhagyó áram a folyadékban söntölve van, és gyengének bizonyul a gerjesztett szomszédos szálak számára. A gerjesztés levezetésének szükséges feltétele egy idegben nemcsak az anatómiai folytonossága, hanem a fiziológiai integritása is. Bármely fémvezetőben az elektromos áram addig folyik, amíg a vezető fenntartja a fizikai folytonosságot. Egy idegi „vezető” számára ez a feltétel nem elegendő: az idegrostnak meg kell őriznie fiziológiai integritását is. Ha a rostmembrán tulajdonságai megsérülnek (ligálás, blokád novokainnal, ammóniával stb.), A gerjesztés vezetése a szál mentén leáll. Az idegrost mentén történő gerjesztés egy másik jellemzője a kétoldali vezetés képessége. Ha stimulációt alkalmazunk két kimeneti elektróda között egy szál felületén, az elektromos potenciálokat indukálja az egyes elektródák alatt.
táblázat - A gerjesztés sebessége az idegrostok mentén
|
Rost csoport |
Szálátmérő, µm |
Vezetési sebesség, m/s |
18. A gerjesztés vezetésének törvényei az idegek mentén. Az idegrostok osztályozása. Az idegrostok mentén történő gerjesztés sebessége, életkorral összefüggő jellemzői.
19. A neuromuszkuláris szinapszis felépítése. A gerjesztés idegről izomra történő átvitelének mechanizmusa.Véglemez potenciál, tulajdonságai.
A szinapszisok azok a kapcsolatok, amelyek az idegsejteket független entitásként hozzák létre. A szinapszis egy összetett szerkezet, és egy preszinaptikus részből (a jelet továbbító axon vége), egy szinaptikus hasadékból és egy posztszinaptikus részből (a fogadó sejt szerkezete) áll.
A neuromuszkuláris szinapszisok az acetilkolin mediátornak köszönhetően biztosítják a gerjesztés átvezetését az idegrostból az izomrostba, amely az idegvégződés gerjesztésekor átjut a szinaptikus hasadékba és az izomrost véglemezére hat.
A preszinaptikus terminálisban acetilkolin képződik és vezikulák formájában halmozódik fel. Amikor az axon mentén haladó elektromos impulzus gerjeszti, a szinapszis preszinaptikus része átjárhatóvá válik az acetilkolin számára.
Ez a permeabilitás annak köszönhető, hogy a preszinaptikus membrán depolarizációja következtében megnyílnak a kalciumcsatornái. A Ca2+ ion a szinaptikus hasadékból jut be a szinapszis preszinaptikus részébe. Az acetilkolin felszabadul és belép a szinaptikus hasadékba. Itt kölcsönhatásba lép az izomrosthoz tartozó posztszinaptikus membrán receptoraival. A receptorok gerjesztésekor a membrán lipidrétegébe ágyazott fehérjecsatornát nyitnak meg. A Na+ ionok a nyitott csatornán keresztül behatolnak az izomsejtbe, ami az izomsejt membránjának depolarizációjához vezet, ami az úgynevezett véglemez potenciál (EPP) kialakulását eredményezi. Mivel ez a potenciál általában mindig a küszöb felett van, akciós potenciált okoz, amely az izomrost mentén terjed, és összehúzódást okoz. A véglemez potenciálja rövid, mivel az acetilkolin egyrészt gyorsan leválik a receptorokról, másrészt az AChE hidrolizálja.
A neuromuszkuláris szinapszis egy irányba továbbítja a gerjesztést: az idegvégződéstől az izomrost posztszinaptikus membránjáig, ami a neuromuszkuláris átvitel mechanizmusában egy kémiai kapcsolat jelenlétének köszönhető.
A szinapszison keresztüli gerjesztés sebessége sokkal kisebb, mint az idegrost mentén, mivel itt időt fordítanak a preszinaptikus membrán aktiválására, a kalcium áthaladására, az acetilkolin felszabadulására a szinaptikus hasadékba, a posztszinaptikus depolarizációra. membrán, és a PPP fejlődése.
Magyarázó jegyzet
A javasolt választható kurzus a sejtről - az élő természet elemi egységéről - tartalmaz információkat, és a citológia és biokémia iránt érdeklődő szakos osztályok hallgatói számára készült. A javasolt szabadon választható kurzus támogatja és elmélyíti a biológia alapismereteit. A választható kurzus elsajátítása segít a továbbképzés és a szakmai tevékenység kiválasztásában.
A kurzus a biológia tanulmányai során szerzett ismeretekre és készségekre épít. A tanórákon a hallgatók tapasztalatot szereznek a javasolt kérdésekkel kapcsolatos információkeresésben. A hallgatók fejlesztik készségeiket absztraktok, beszámolók, üzenetek elkészítésében egy választott témában, és gyakorolják a kísérleti technikákat.
A választható kurzus időtartama 35 óra A program elméleti kérdések tanulmányozását, szemináriumok lebonyolítását és laboratóriumi munkák elvégzését írja elő.
A tanfolyam célja: a sejt szerkezetének és tulajdonságainak mélyreható tanulmányozása, amely szükséges a biológiai tények, jelenségek és folyamatok átfogó megértéséhez.
A tanfolyam céljai: a sejt szerkezete és működése közötti kapcsolat azonosításának, feltárásának és felhasználásának képességének fejlesztése a biológiai folyamatok és jelenségek mérlegelésekor; a laboratóriumi munkához szükséges készségek és képességek megszilárdítása; a tanulók bevonása az önálló munkába kiegészítő irodalommal; a citológia és biokémia iránt érdeklődő hallgatók kognitív tevékenységének serkentése; készségek és képességek kialakítása a biológia ismeretek átfogó megértéséhez.
A tanfolyam alapkoncepciója: integrált megközelítés alkalmazása a különböző szerveződési szinteken élő szervezetek tanulmányozása során, az evolúciós gondolkodás kialakítása.
A tanfolyam tanulmányozásának eredményeként a tanulóknak tudniuk kell:
– a mikroszkóp eszköze és a vele való munkavégzés módjai;
– a sejtelmélet rendelkezései;
– hasonlóságok és különbségek a növényi és állati sejtek között;
– különböző kémiai vegyületek szerepe a sejtben;
– a sejt fő alkotóelemei és organellumai;
– a prokarióta és eukarióta sejtek szerkezeti jellemzői;
- a fehérje- és szénhidrát-anyagcsere zavarai;
– az egyes ásványi elemek jelentősége.
A tanulóknak képesnek kell lenniük:
– mikroszkóppal dolgozni;
– nevezze meg a sejt főbb részeit, ismerje fel diagramokon, fényképeken;
– egyszerű előkészületeket tenni a mikroszkópos vizsgálathoz;
– a laboratóriumi munka helyes formázása;
– önállóan dolgozzon kiegészítő szakirodalommal és használja a modern technológiákat.
A cikk egy egységes matematika államvizsgára felkészítő elektronikus tanfolyam támogatásával jelent meg. Egységes államvizsga matematikából alapszinten és profilszinten. Videóelőadások, online prezentációk és kényelmes tesztek a 2016-os egységes államvizsgára való felkészüléshez. Gyors és hatékony felkészülés a matematika egységes államvizsgára való felvételhez Oroszország vezető egyetemeire. További részletekért lásd a weboldalt, amely a következő címen található: „USE-in-mathematics.online”.
Téma 1. Cella: tanulmánytörténet (3 óra)
1. lecke. Bevezetés a sejtcitológiába. A sejt egy integrált rendszer. A sejtek tanulmányozásának története. A modern citológia feladatai.
2. lecke . Sejtelmélet megalkotása. Módszerek a sejtek tanulmányozására. Párhuzamosság a mikroszkópos technológia fejlődésében és a citológiai kutatások színvonalában.
3. lecke . 1. sz. laboratóriumi munka."Mikroszkóp tervezés és mikroszkópos technikák."
2. téma: Sejtkémia (8 óra)
1. lecke. Kémiai elemek a sejtben. Az élőlények kémiai összetételének jellemzői. Ionok a sejtben és a testben. A kémiai vegyületek tartalma a sejtben. A víz szerepe egy élő rendszerben.
2. lecke . Szerves vegyületek. A fehérjék kémiája. A fehérjék kolloidok, a fehérjék amfoter elektrolitok, a fehérjék hidrofil vegyületek.
2. sz. laboratóriumi munka."Evidencia az enzimfehérjék biokatalitikus funkciójára".
3. lecke . Esszenciális aminosavak. Patológiás jelenségek fehérjék hiányában az élelmiszerekben és a fehérje anyagcsere zavarai.
4. lecke . 3. sz. laboratóriumi munka."Fehérjék kimutatása biológiai tárgyakban."
5. lecke . A szénhidrátok a legelterjedtebb szerves anyagok a Földön. A szénhidrátok szerkezete és a biológiai funkciók kapcsolata. A szervezetben károsodott szénhidrát-anyagcserével kapcsolatos patológiák: a vércukorszint normális, és patológiák esetén hiper- és hipoglikémia, diabetes mellitus.
6. lecke . 4. sz. laboratóriumi munka."Szénhidrátok kimutatása biológiai tárgyakban."
7. lecke . Lipidek. A lipidek szerepe egy biológiai rendszer, például egy sejt bizonyos autonómiájának kialakulásában.
5. sz. laboratóriumi munka."A lipidek kimutatása biológiai tárgyakban."
8. lecke . Nukleinsavak. Watson és Crick modell.
6. sz. laboratóriumi munka.„A dezoxinukleoprotein izolálása lép (máj) szövetből. Minőségi reakció a DNS-re."
3. témakör. A sejtszerkezet általános terve (10 óra)
1. lecke . Membrán. A sejtmembrán szerkezetének modern modellje. Sejtfal, glikokalix.
2. lecke . A citoszkeleton, összetevői és funkciói különböző típusú sejtekben.
3. lecke . Membránszállítás.
4. lecke . A membrán endocitózisa és receptor funkciója.
lecke 5–6 . A sejt membránszervecskéi.
lecke 7–8. Nem membrán sejtszervecskék. Prokarióták és eukarióták. Állati és növényi eukarióta sejt.
7. sz. laboratóriumi munka."A prokarióták és eukarióták szerkezeti jellemzői."
9. lecke . 8. sz. laboratóriumi munka."A sejtmembrán élettani tulajdonságai".
10. lecke . Szeminárium. A membranológia fejlődésének kilátásai.
4. téma: Anyagcsere (6 óra)
1. lecke . A sejtenergia forrásai. Heterotrófok és autotrófok.
2. lecke . A mitokondriumok a sejt energia állomásai. ATP bioszintézis séma.
3. lecke . A fotoszintézis mechanizmusa. Kemoszintézis.
4. lecke . Fehérjék bioszintézise. Génszerkezet. Átírás.
5. lecke . Riboszómák. A riboszómák típusai és szerkezete prokariótákban és eukariótákban.
6. lecke . Adás. Az átírás és fordítás szabályozása. Epigenetikai tényezők.
5. téma: Nukleáris apparátus és sejtreprodukció (6 óra)
1. lecke . A kromatin fogalma. Az eukarióta sejt magja. Karioplazma.
2. lecke . Egy sejt életciklusa. Sejtszaporodás.
3. lecke . Az őssejtek fogalma.
4. lecke . Öregedés és sejthalál. Nekrózis és apoptózis. Rák.
5. lecke . 9. sz. laboratóriumi munka. "Mitózis a hagyma gyökér sejtjeiben."
6. lecke . Szeminárium.
6. téma: Sejtfejlődés (2 óra)
1–2. leckék . A prokarióták és eukarióták evolúciós elmélete. Zárókonferencia „A biológiai evolúció elsődleges szakaszai”.
1. sz. laboratóriumi munka „Fénymikroszkóp tervezése és mikroszkópos technikák”
A munka célja: a fénymikroszkóp felépítésének ismerete alapján sajátítsa el a mikroszkópos vizsgálat technikáját és az ideiglenes mikrolemezek készítését. Ismerkedjen meg a laboratóriumi munka elvégzésének szabályaival.
Felszerelés: mikroszkóp minden tanuló számára. Csúszdák és fedőpoharak, pipetták, vizescsészék, vatta, szűrőpapír, csipesz, olló, jegyzetfüzet, album. A mikroszkóp és részei diagramja.
Előrehalad
Tekintsük a mikroszkóp főbb részeit: mechanikus, optikai és világítási.
A mechanikus rész tartalma: állvány, színpad, cső, revolver, makro- és mikrométeres csavarok.
A mikroszkóp optikai részét szemlencse és objektívek képviselik. Okulár (lat. okulus– szem) a cső felső részén található, és a szem felé néz. Ez egy hüvelybe zárt lencsék rendszere. A szemlencse felső felületén lévő szám alapján meg tudja ítélni a nagyítási tényezőjét (×7, ×10, ×15). Ha szükséges, a szemlencse eltávolítható a tubusból, és egy másikra cserélhető. A cső másik oldalán egy forgó lemez vagy revolver (lat. revolvo– forgatás), amely lencsefoglalatokat tartalmaz. Az objektív lencsék rendszere, különböző nagyításokkal rendelkeznek. Van egy kis nagyítású lencse (×8), egy nagy nagyítású lencse (×40) és egy merülőlencse a kis tárgyak tanulmányozására (×90). A mikroszkóp teljes nagyítása megegyezik a szemlencse nagyításának és az objektív nagyításának szorzatával.
A világító rész egy tükörből, egy kondenzátorból és egy membránból áll.
A kondenzátor a tükör és a színpad között található. Két lencséből áll. A kondenzátor mozgatásához speciális csavart használnak. A kondenzátor leeresztésekor a megvilágítás csökken, ha felemeljük, növekszik. A membránlemezek helyzetének megváltoztatásával a világítást is beállíthatja egy speciális gomb segítségével.
Gyakorlat: Rajzoljon egy mikroszkópot, és címkézze fel a részeit.
A mikroszkóppal végzett munka szabályai
1. Helyezze el a mikroszkópot úgy, hogy az állvány maga felé nézzen, a tárgyasztal pedig távol legyen Öntől.
2. Helyezze az alacsony nagyítású lencsét munkahelyzetbe.
3. Miközben bal szemével átnéz az okuláron, forgassa el a tükröt különböző irányokba, amíg a látómező erősen és egyenletesen meg nem világít.
4. Helyezze az előkészített készítményt a színpadra (takaróüveggel felfelé) úgy, hogy az a színpadon lévő lyuk közepén legyen.
5. Vizuális ellenőrzés mellett (ne a szemlencsén keresztül nézzen, hanem oldalról) lassan engedje le a csövet a makrocsavar segítségével úgy, hogy a lencse 2 mm távolságra legyen a mintától.
6. A szemlencsére nézve lassan emelje fel a csövet, amíg meg nem jelenik a tárgy képe.
7. Ahhoz, hogy a tárgyat a mikroszkóp nagy nagyításával vizsgálhassuk, szükséges a preparátum központosítása, pl. helyezze a tárgyat a látómező közepére.
8. A revolvert forgatva mozgassa a nagy nagyítású lencsét munkahelyzetbe.
9. Szemrevételezéssel engedje le a csövet majdnem addig, amíg érintkezésbe nem kerül a gyógyszerrel.
10. A szemlencsére nézve lassan emelje fel a csövet, amíg kép meg nem jelenik.
11. A finom fókuszáláshoz használjon mikroszkopikus csavart.
12. A minta felvázolásakor nézzen a bal szemével az okulárba.
Gyakorlat:írja át a mikroszkóppal végzett munka szabályait egy füzetbe a laboratóriumi munkákhoz.
Az ideiglenes készítmény elkészítésének módja
1. Vegyen elő egy tárgylemezt az oldalsó széleinél fogva, és helyezze az asztalra.
2. Helyezzen egy tárgyat, például 1,5 cm-es vattadarabokat az üveg közepére. Pipettával cseppentsen a tárgyra egy csepp vizet.
3. Helyezzen egy fedőüveget a tárgylemezre. Távolítsa el a felesleges vizet egy darab szűrőpapírral.
4. Tekintsük a kész gyógyszert.
5. Vázolja fel egy albumban, hogyan néznek ki a vattaszálak kis és nagy nagyítással.
A protozoonok mikroszkópos vizsgálata
A sokáig nem tisztított akváriumból vegyünk egy cseppet növényi gallyal vagy békalencselevéllel együtt, és kis nagyítással vizsgáljuk meg mikroszkóp alatt. Általában különféle protozoonok láthatók: papucscsillósok, amőbák - szabadon élnek és az algákhoz kötődnek (suvoiki). Többsejtű élőlények is lehetnek a vízben - kis férgek és rákfélék (küklopsz, daphnia). Ha megnézi ezt a készítményt, gyakorolhatja a mikroszkóp mozgó tárgyakra irányítását.
A laboratóriumi munka elvégzésének szabályai
Egy tárgy mikroszkópos vizsgálatának szükséges eleme annak vázlatrajza egy albumban. Ehhez egy 21x30 cm-es album és ceruza (egyszerű és színes) kell. A szöveges anyag rögzítéséhez és a diagramok kitöltéséhez jegyzetfüzet szükséges.
1. Csak a lap egyik oldalára lehet rajzolni.
2. Mielőtt elkezdené a vázlatot, írja le a téma nevét a lap tetejére.
3. A rajz legyen nagy, a részletek jól láthatóak.
4. A rajznak helyesen kell tükröznie az egyes részek és az egész alakzatait, térfogatának és méretének arányát.
Először meg kell rajzolnia az objektum körvonalát (nagy), majd belülről - a részletek körvonalait, majd egyértelműen meg kell rajzolnia őket.
5. Rajzolja meg egyértelműen ismételve az objektum összes vonalát. Ehhez nem szabad levenni a szemünket a mikroszkópról, hanem csak a tárgyról a rajzra irányítani a figyelmét (ezt meg kell tanulni).
6. Minden rajzon fel kell tüntetni az alkatrészeket. Minden feliratnak párhuzamosnak kell lennie egymással. Az objektum egyes részein nyilakat helyeznek el, és mindegyik rész mellé ráírják az objektum részének nevét.
2. számú laboratóriumi munka „Enzimfehérjék biokatalitikus funkciójának bizonyítása”
A munka célja: bizonyítani az enzimfehérjék katalitikus hatását, megmutatni nagy specificitásukat, élettani körülmények között optimális aktivitásukat.
Felszerelés:állvány kémcsövekkel, 1 ml-es pipetták, vízfürdő, termosztát; 1%-os keményítőoldat, 1%-os kálium-jodidos jódoldat, 5%-os réz-szulfát-oldat, 10%-os nátrium-hidroxid-oldat, 2%-os szacharóz-oldat, 0,2%-os sósavoldat, vízzel ötször hígított nyáloldat (1 térfogatnyi nyálhoz adjunk 4-et vízmennyiség).
Előrehalad
1. Keményítő enzimes hidrolízise
A nyálamiláz enzimként működik, amely a keményítőt alkotórészeire (maltózra, glükózra) hidrolizálja. A kísérlet eredményeit színreakciókkal - jóddal és Trommer-reakcióval (kvalitatív reakció glükózra) értékeljük. A nem hidrolizált keményítő kék színt ad jóddal és negatív Trommer-reakcióval. A keményítő hidrolízis termékei nem lépnek reakcióba a jóddal, hanem színt adnak a Trommer-reakcióban.
A térfogatok cseppekben mérhetők: 1 csepp körülbelül 0,2 ml.
1. Vegyünk két kémcsövet (1. és 2. sz.), és adjunk mindegyikhez 10 csepp 1%-os keményítőoldatot.
2. Adjon 4 csepp vizet (kontroll) az 1. számú kémcsőhöz, alaposan keverje össze a tartalmát, és tegye a kémcsövet vízfürdőbe vagy 37 °C-os termosztátba 20 percre.
3. 5 perc elteltével adjon 4 csepp hígított nyáloldatot a 2-es számú kémcsőbe, majd helyezze a termosztátba 20 percre.
4. Termosztátban tartás után cseppentsen 4 cseppet az 1. számú kémcsőből 2 különböző kémcsőbe.
5. Adjon az egyik kémcsőbe 1 csepp 1%-os kálium-jodidos jódoldatot, a másikba 1 csepp 5%-os réz-szulfát-oldatot és 4 csepp 10%-os nátrium-hidroxid-oldatot, majd óvatosan melegítse fel. ezt a kémcsövet felforraljuk.
6. Ismételje meg ugyanezt a 2. számú kémcső tartalmával.
Víz jelenlétében a keményítő hidrolízise nem megy végbe, és a jóddal való reakcióban a keményítő kék színének kell megjelennie, a Trommer-reakcióban pedig az oldatnak kéknek kell maradnia. A nyálamiláz a keményítőt glükózzá hidrolizálja: jóddal nincs reakció, de a Trommer-reakcióban először sárgára (CuOH képződése), majd téglavörösre (Cu(OH) 2 képződése) következik be.
2. Az enzimhatás specifitása
Minden enzim csak egy anyagra vagy hasonló szubsztrátok csoportjára hat. Ennek oka az enzim szerkezete (aktív központja) és a szubsztrát szerkezete közötti megfelelés. Például az amiláz csak a keményítőre, a szacharáz pedig csak a szacharózra hat.
1. Szacharóz oldat készítése. Vegyünk 10 g friss vagy 3 g száraz sütőélesztőt, porcelánmozsárban morzsoljuk össze 6 ml desztillált vízzel, adjunk hozzá 20 ml vizet és szűrjük át vattán (hűtőben tárolandó).
2. Amiláz oldat készítése. Mérjünk ki 50 ml desztillált vizet és öblítsük ki vele a szájunkat 2-4 adagban 3-5 percig. Az összegyűjtött folyadékot vattán átszűrjük és amiláz oldatként használjuk fel.
3. Vegyünk 4 kémcsövet. Adjon 10 csepp 1%-os keményítőoldatot az 1. és 2. számú kémcsövekbe. Adjon 10 csepp 2%-os szacharóz oldatot a 3. és 4. számú kémcsövekbe. Adjon 5 csepp amiláz oldatot az 1. és 3. számú kémcsövekbe. Adjon 5 csepp szacharóz oldatot a 2. és 4. számú kémcsövekbe. Keverje meg és tartsa termosztátban 38-40 °C hőmérsékleten 15 percig.
Végezze el a reakciókat jóddal és Trommerrel mind a négy kémcső tartalmával. Töltse ki a táblázatot.
Asztal. Az enzimhatás specificitásának meghatározása
A következtetésekben meg kell jegyezni, hogy melyik kémcsőben és milyen körülmények között mutatták ki az enzimek hatását, és miért.
3. A pH hatása az enzimaktivitásra
Minden enzimhez van egy bizonyos reakcióérték a környezetnek, ahol az enzim maximális aktivitást mutat. A környezet pH-értékének változása az enzimaktivitás csökkenését vagy teljes gátlását okozza.
Adjunk hozzá 1 ml desztillált vizet 8 kémcsőhöz. Adjunk 1 ml 0,2%-os sósavoldatot az 1. számú kémcsőhöz, és keverjük össze. Vegyen ki 1 ml keveréket az 1. számú kémcsőből és vigye át a 2. számú kémcsőbe, keverje össze, tegyen át 1 ml-t a 3. számú kémcsőbe stb. Vegyen ki 1 ml-t a 8. számú kémcsőből, és öntse ki. Különböző pH értékű tápközeget kapunk. A pH értékek pH-mérővel vagy univerzális indikátorpapírral ellenőrizhetők.
Adjon minden kémcsőhöz 2 ml 1%-os keményítőoldatot és 1 ml amilázoldatot (lásd fent). Rázza fel a kémcsöveket, és helyezze termosztátba 37 °C-on ° C-on 15 percig.
Lehűlés után adjunk egy csepp 1%-os kálium-jodidos jódoldatot az összes kémcsőhöz. A teljes hidrolízis az 5. és 6. számú kémcsövekben megy végbe, ahol az oldatos közeg pH-ja 6,8–7,2 tartományba esik, azaz. az amiláz működésének optimális körülményei között.
3. számú laboratóriumi munka „Fehérjék kimutatása biológiai tárgyakban”
A munka célja: bizonyítja a fehérjék jelenlétét a biológiai tárgyakban.
Felszerelés:állvány kémcsövekkel, pipettával, vízfürdővel, csepegtetővel; tojásfehérje oldat; 10%-os NaOH-oldat, 1%-os réz-szulfát-oldat, 0,5%-os vizes ninhidrin-oldat; salétromsav (tömény).
Előrehalad
1. Biuret reakció peptidkötések meghatározására.
A módszer azon alapul, hogy egy peptidkötés lúgos környezetben képes színes komplex vegyületeket képezni réz-szulfáttal.
Adjunk a teszthez 5 csepp 10%-os tojásfehérje-oldatot (a fehérjét gézen szűrjük, majd desztillált vízzel 1:10 arányban hígítjuk), három csepp 10%-os nátrium-hidroxid-oldatot és 1 csepp 1%-os réz-szulfát-oldatot. csövet és keverjük össze.
A kémcső tartalma kékeslila színt kap.
2. Ninhidrin reakció.
A fehérjék, polipeptidek és szabad aminosavak ninhidrinnel kék vagy lila színt adnak.
Adjunk 5 csepp 10 %-os tojásfehérje-oldatot egy kémcsőbe, adjunk hozzá 5 csepp 0,5 %-os vizes ninhidrin oldatot és melegítsük fel. 2-3 perc múlva rózsaszín vagy kékeslila szín alakul ki.
3. Xantoprotein reakció (gör. xantos- sárga). Ennek a reakciónak a segítségével benzolgyűrűket (triptofán, tirozin stb.) tartalmazó aminosavakat mutatnak ki a fehérjében.
Adjunk 5 csepp 10%-os tojásfehérje-oldatot egy kémcsőbe, adjunk hozzá 3 csepp tömény salétromsavat (óvatosan) és melegítsük fel. Lehűlés után adjunk a kémcsőbe 5-10 csepp 10%-os nátrium-hidroxid-oldatot, amíg narancssárga színt nem kapunk (ez a ciklikus nitrovegyületek nátriumsójának képződésével jár).
Kristályok a növényi sejtekben
4. sz. laboratóriumi munka „Szénhidrátok kimutatása biológiai tárgyakban”
A munka célja: bizonyítja a szénhidrátok jelenlétét a biológiai tárgyakban.
Felszerelés:állvány kémcsövekkel; pipetták, vízfürdő; 1%-os keményítőoldat, 1%-os szacharózoldat, 1%-os fruktózoldat, 1%-os jódoldat (kálium-jodid oldatban); naftol 1%-os alkoholos oldata, timol 1%-os alkoholos oldata; kénsav (tömény); Selivanov-reagens (0,5 g rezorcin 100 ml 20%-os sósavban).
Előrehalad
1. Keményítő kimutatása.
Adjunk 10 csepp 1%-os keményítőoldatot és egy csepp 1%-os kálium-jodidos jódoldatot egy kémcsőbe. A kémcső tartalma kékeslila színt kap.
2. Szénhidrátok kimutatása.
Naftollal vagy timollal való reakció során kis mennyiségű szénhidrátot vagy szénhidrát komponenst mutatnak ki komplex vegyületekben.
Adjunk 10 csepp 1%-os szacharózoldatot két kémcsőbe. Adjon 3 csepp 1%-os alkoholos naftol oldatot egy kémcsőbe. Egy másik kémcsőben - 3 csepp timol 1% -os alkoholos oldatát. Öntsön mindkettőbe (óvatosan) 0,5 ml tömény kénsavat, és a két folyadék határán figyeljen meg egy naftolos kémcsőben az ibolya színt, a timolos kémcsőben pedig a vörös színt.
3. Fruktóz kimutatása (Selivanov-reakció).
A fruktóz sósavval és rezorcinollal hevítve cseresznyevörös színt ad.
Öntsön 10 csepp Selivanov-reagenst és 2 csepp 1%-os fruktózoldatot egy kémcsőbe, és óvatosan melegítse fel. Vörös szín figyelhető meg.
5. sz. laboratóriumi munka „Lipidek kimutatása biológiai tárgyakban”
A munka célja: bizonyítja a lipidek jelenlétét a biológiai tárgyakban.
Felszerelés:állvány kémcsövekkel, vízfürdő, pipetta, üvegpoharak, pálcikák, géz; csirke tojássárgája, 1% -os koleszterin-oldat kloroformban; tömény kénsav, aceton.
Előrehalad
1. Lecitin kimutatása.
A lecitin a foszfolipidek csoportjába tartozik, a sejtmembránok része, és az agyszövet nagy részét alkotja. A lecitin vízben és acetonban oldhatatlan, de etil-alkoholban, éterben és kloroformban oldódik.
Helyezze a csirke tojás sárgájának egy részét egy pohárba. Egy pálcikával keverve csepegtetjük hozzá a forró etil-alkoholt (80 ml/egész sárgája). Alkoholt csak vízfürdőben melegítsen! Amikor az oldat lehűlt, szűrjük száraz lombikba. A szűrletnek tisztának kell lennie. Azonnal fel kell használni.
Adjunk 10 csepp acetont egy száraz kémcsőbe, és cseppenként adjunk hozzá alkoholos lecitinoldatot. Fehér csapadék képződik.
2. Koleszterin kimutatás.
A koleszterin egy zsírszerű anyag, amely nagy jelentőséggel bír a szervezet számára. Számos szerv és szövet membránjában található, és az epesavak, a D-vitamin, a nemi hormonok és a mellékvese hormonok előfutára. A Salkovsky-reakció azon a tényen alapul, hogy koncentrált kénsav hatására a koleszterin dehidratálódik, és vörös színű koleszterin keletkezik.
Adjunk 15-20 csepp 1%-os kloroformos koleszterinoldatot egy száraz kémcsőbe, és (óvatosan) adjunk hozzá 0,5 ml tömény kénsavat az edény fala mentén. A folyadék felületén piros gyűrű jelenik meg.
6. sz. laboratóriumi munka „Dezoxinukleoprotein izolálása lép (máj) szövetből. Minőségi reakció a DNS-re"
A munka célja: bizonyítja, hogy a nukleinsavak nagy mennyiségben találhatók fehérjékkel (dezoxinukleoproteinek - DNP) alkotott vegyületek formájában a sejtmagokban gazdag szövetekben (lép, csecsemőmirigy, máj stb.).
Felszerelés:állvány kémcsövekkel, mozsártörővel, üvegporral vagy mosott homokkal, kristályosítóval, 50 ml-es és 300 ml-es mérőhengerekkel, 1 ml-es pipettákkal, rovátkolt fapálcákkal, vízfürdővel, gézzel a szűréshez; 5%-os nátrium-klorid-oldat (0,04% hárombázisú foszfátot tartalmaz), 0,4%-os nátrium-hidroxid-oldatot; difenil-amin reagens; lép (máj) frissen vagy fagyasztva; Élesztő RNS, frissen készített 0,1%-os oldat.
Előrehalad
1. Dezoxinukleoprotein (DNP) izolálása lép (máj) szövetből.
A módszer azon alapul, hogy a DNP képes feloldódni nagy ionerősségű sóoldatokban és kicsapódni, ha koncentrációjuk csökken.
Egy kis mennyiségű üvegporral ellátott mozsárban alaposan őröljön meg 2–3 g szövetet, fokozatosan 10–15 ml-es részletekben hozzáadva a nátrium-klorid oldatot (összesen körülbelül 40 ml oldatot fogynak el) 12–15 percig.
A kapott viszkózus oldatot két réteg gézen át egy kristályosítóba szűrjük. Hengerrel mérjük meg a desztillált víz térfogatának hatszorosát (a szűrlethez viszonyítva), és fapálcával lassan kevergetve öntsük a szűrletbe. Az így kapott DNP szálakat egy pálcikára tekercseljük, majd kémcsőbe továbbíthatjuk további felhasználás céljából.
2. Kvalitatív reakció a DNS-re.
A módszer a dezoxiribonukleoproteinek DNS-ének részét képező dezoxiribóz azon képességén alapul, hogy jégecet és tömény kénsav keverékét tartalmazó közegben hevítve difenil-aminnal kék vegyületeket képez. Ribóz RNS esetén egy hasonló reagens zöld színt ad.
Difenil-amin reagens előállítása: Oldjunk fel 1 g difenil-amint 100 ml jégecetben, adjunk hozzá 2,75 ml tömény kénsavat az oldathoz.
Adjunk hozzá 1 ml 0,4%-os nátrium-hidroxid-oldatot a DNP üledék 1/4-éhez (amíg fel nem oldódik). Adjunk hozzá 0,5 ml difenil-amin reagenst. Keverjük össze a kémcső tartalmát, és tegyük forrásban lévő vízfürdőbe 15-20 percre. Vegye figyelembe a jellegzetes színezetet.
7. sz. laboratóriumi munka „Prokarióta és eukarióta sejtek szerkezeti jellemzői”
A munka célja: baktériumok (prokarióták), növények és állatok (eukarióták) sejtjeinek tanulmányozása alapján feltárni a főbb hasonlóságokat a baktériumok, állatok és növények szerkezetében, mint az élő formák szerveződésének egységét jelző mutatót.
Felszerelés: mikroszkóp; diák és fedőlemezek; pipetták, pohár vizesek, csipeszek, szikék, jódoldat, vizes tintaoldat; fukszin, metilénkék oldat, húsdarabok, hal vagy tojásfehérje, hagyma; táblázat a baktérium-, növény- és állati sejtek felépítéséről.
Előrehalad
1. Készítsen infúziókat előre különböző termékekből: hús, hal, tojásfehérje.
Daráljon le egy kis mennyiségű anyagot, és tegye egy lombikba, adjon hozzá krétát a szike hegyéhez. Töltse fel a térfogat 2/3-át vízzel. Tartsa a lombikot az infúzióval meleg helyen (sötét helyen) 3-5 napig. Ez idő alatt számos különböző baktérium halmozódik fel a környezetben.
2. Helyezzen egy csepp infúziót egy tárgylemezre. Vizsgálja meg a drogot ×40-es lencsével, de próbálkozhat ×90-es lencsével is (az előző munkában leírt szabályok szerint ideiglenes gyógyszert készítenek).
3. Adjon hozzá egy csepp szempillaspirált. Az általános háttér előtt a baktériumsejtek festetlenek.
4. Rajzolj bakteriális sejteket!
5. Készítsen ideiglenes növénysejt-preparátumot. A festetlen sejtekben a magok nem láthatók.
Válasszuk el a húsos pikkelyt egy darab hagymától. A belsejében vékony filmréteg található, amelyet el kell távolítani és le kell vágni. Tegyünk egy fóliát egy tárgylemezre, pipettázzuk le a jódoldatot, csepegtessük rá a fóliára, és fedjük le fedőlemezzel.
Készíthet egy elodea levél készítményt, amelyben kloroplasztok láthatók - zöld plasztidok.
6. Vizsgálja meg a készítményt kis nagyítással. A sejtekben lévő nagy kerek magokat jóddal sárgára festik.
7. Forgassa a mikroszkópot nagy nagyításra, és keresse meg a sejtmembránt. A sejtmagban 1-2 sejtmag látható, néha a citoplazma szemcsés szerkezete is látható. A sejtek citoplazmájában a festetlen üregek vakuolák.
8. Rajzoljon több cellát. Címke: membrán, citoplazma, sejtmag, vakuolák (ha láthatók).
9. Az elkészült preparátumon vizsgálja meg az állati sejteket és vázolja fel azokat! Az ábrán a következőket kell feltüntetni: membrán, citoplazma, sejtmag.
10. Legyen közös megbeszélés. A sejtelmélet mely rendelkezései erősíthetők meg az elvégzett munka eredményeivel?
8. számú laboratóriumi munka „A sejtmembrán élettani tulajdonságai”
A munka célja: bemutatják a sejtmembrán szelektív permeabilitását, bemutatják a membrán szerepét a fagocitózis és pinocitózis folyamatában, valamint megismerkednek a sejtplazmolízissel - a protoplaszt (sejttartalom) elválasztásának folyamatával a sejtfalaktól.
Felszerelés: mikroszkópok, fedőüvegek és tárgylemezek, szikék, boncolótűk, szűrőpapír, pipetták, tinta; csillós vagy amőbák tenyésztése, szövettenyésztés táptalajon, elodea levelek darabjai; oldatok: kálium-klorid, kalcium-klorid, magnézium-klorid,
2% albumin oldat, 10% nátrium-klorid oldat; desztillált víz.
Előrehalad
1. Helyezzen csillós állatokat, amőbákat vagy tenyésztett szövetdarabokat 10%-os nátrium- vagy kálium-klorid-oldatba. Készítsen előkészületet a mikroszkóphoz. Sejtzsugorodás látható, ami a sejtmembrán permeabilitását jelzi. Ebben az esetben a víz elhagyja a sejtet a környezetbe.
2. Helyezze át a cellákat egy csepp desztillált vízbe, vagy szűrőpapír segítségével távolítsa el az oldatot a fedőüveg alól, és cserélje ki desztillált vízzel. Figyeld meg, hogyan duzzadnak a sejtek, mert... víz folyik beléjük.
3. Helyezze a csillós állatokat vagy a tenyésztett szövetdarabokat alacsony koncentrációjú kalcium-klorid vagy magnézium-klorid oldatba. A csillók és a tenyésztett sejtek tovább élnek. A kalcium- és magnéziumionok csökkentik a sejtmembrán permeabilitását. A héjon keresztül a víz nem mozog.
4. Helyezze az amőbákat egy csepp 2%-os albuminoldatba (csirke tojásfehérje). Készítsen előkészületet a mikroszkóphoz. Egy idő után hólyagok, kiemelkedések és tubulusok képződnek az amőbák felületén. Úgy tűnik, hogy az amőbák felszíne „forr”. Ezt a folyadék intenzív mozgása kíséri a membrán felszíne közelében. A folyadékcseppeket citoplazma kiemelkedései veszik körül, amelyek ezután összezáródnak. A pinocitotikus vezikulák néha hirtelen jelennek meg. Ez arra utal, hogy a folyékony cseppek a benne oldott anyagokkal együtt gyorsan felfoghatók. A pinocitózist olyan anyagok okozzák, amelyek csökkentik a sejtmembrán felületi feszültségét. Például aminosavak, egyes sók.
Fecskendezzen egy kis tintát a folyadékcseppbe, amelyben az amőbák találhatók. Készítse elő a gyógyszert. Egy idő után az amőbák lassan elkezdenek mozogni a hasított test szemcséi felé, és felszabadítják a pszeudopodiákat (hamislábúakat). A hasított test szemcséi a pszeudopodia felszínéhez tapadnak, körülveszik őket, és egy idő után a citoplazmába merülnek. Mikroszkóp alatt megfigyelhető a fagocitózis jelensége amőbában.
Irodalom tanároknak
1. Welsh U., Storch F. Bevezetés a citológiába. Fordítás vele. – M.: Mir, 1986.
2. Zavarzin A.A. satöbbi. Sejtbiológia. – Szentpétervár: Szentpétervári Állami Egyetemi Kiadó, 1992.
3. Swenson K., Webster P.– M.: Mir, 1982.
4. Bárány M. Az öregedés biológiája. – M.: Mir, 1980.
5. Markosyan A.A. Fiziológia. – M.: Orvostudomány, 1968.
6. Liberman E.A.
7. Ermolaev M.V. Biológiai kémia. – M.: Orvostudomány, 1984.
8.Ruvinsky A.O.Általános biológia. – M.: Oktatás, 1993.
Irodalom diákoknak
1. Green N., Stout W., Taylor D. Biológia. 3 kötetben - M.: Mir, 1993.
2. De Duve K. Utazás egy élő sejt világába. – M.: Mir, 1982.
3. Liberman E.A.Élő sejt. – M.: Mir, 1987.
4. Kemp P., Arms K. Bevezetés a biológiába. – M.: Mir, 1988.
BELORÚSZ ÁLLAMI EGYETEM
BIOLÓGIAI TANSZÉK
Növényélettani és Biokémiai Tanszék
FIZIOLÓGIA
NÖVÉNY
CELLS
laboratóriumi műhelyek számára
"Növényélettan"
Biológiai Kar hallgatói számára
V. M. Yurin, A. P. Kudryashov, T. I. Ditchenko, O. V. Molchan, I. Smolich A Biológiai Kar Akadémiai Tanácsának ajánlása 2009. június 16., jegyzőkönyv No. Recenzens A biológiai tudományok kandidátusa, a Juice Physiology professzora, M. A : módszer. ajánlások a műhely „Növényélettan” laboratóriumi óráihoz a Biológiai Kar F hallgatói számára / V. M. Yurin [stb.].
– Minszk: BSU, 2009. – 28 p.
Ez a kézikönyv a „Növényélettan” tudományág oktatási és módszertani komplexumának szerves részét képezi, és a „Növényi sejtek fiziológiája” részben laboratóriumi munkát is tartalmaz.
A Biológia Kar „Biológia” és „Bioökológia” szakokon tanuló hallgatói számára készült.
UDC 581. BBK 28. © BSU,
A SZERZŐKÉL
A „Növényélettan” tantárgy szerves részét képezik a laboratóriumi órákra vonatkozó módszertani ajánlások. A kiadvány célja a tanulók önálló munkavégzésének fokozása, figyelembe véve azt, hogy az egyéni tanulási folyamatnak eredményesnek kell lennie. A „Növényélettan” kurzus workshop célja az elméleti anyagok megszilárdítása, a gyakorlati munkavégzés elsajátítása és a növények élettani folyamatainak kutatásának alapvető módszereinek megismerése. A hallgatóknak olyan feladatokat kínálnak, amelyek részletezik a tényanyagot, amelyet önállóan kell elsajátítaniuk.Ez lehetővé teszi az osztálytermi idő hatékonyabb felhasználását.
1. NÖVÉNYSEJT HOGYAN
OSZMOTIKUS RENDSZER
Az ozmotikus rendszerek olyan rendszerek, amelyek különböző koncentrációjú anyagok két oldatából vagy egy oldatból és egy oldószerből állnak, amelyeket félig áteresztő membrán választ el egymástól. Az ideális félig áteresztő membrán lehetővé teszi az oldószermolekulák áthaladását, de nem permeábilis az oldott molekulák számára. Minden biológiai rendszerben a víz az oldószer. A féligáteresztő membrán két oldalán lévő anyagok összetételének és koncentrációjának különbsége az ozmózis oka - a vízmolekulák irányított diffúziója egy félig áteresztő membránon keresztül.Ha elvonatkoztatunk a növényi sejt részletes szerkezetétől, és az ozmotikus modell szempontjából tekintjük, akkor azt mondhatjuk, hogy a növényi sejt élő ozmotikus rendszer.
A plazmamembrán féligáteresztő, a citoplazma és a tonoplaszt egyetlen egységként működik. A féligáteresztő membránon kívül van egy sejtfal, amely jól átereszti a vizet és a benne oldott anyagokat, és nem zavarja a víz mozgását. A sejt ozmotikus terének fő szerepét a vakuólum tölti be, amelyet különféle ozmotikusan aktív anyagok - cukrok, szerves savak, sók, vízben oldódó pigmentek (antocianinok stb.) - vizes oldatával töltenek meg. Ez azonban egy meglehetősen leegyszerűsített elképzelés a sejtről, mint ozmotikus rendszerről, mivel minden membránnal körülvett citoplazmatikus szerv egyben ozmotikus sejt is. Ennek eredményeként a víz ozmotikus mozgása megy végbe az egyes organellumok és a citoszol között.
NÖVÉNYSEJT MODELLEK
Bevezető megjegyzések. A biomembránok egyedi fizikai-kémiai tulajdonságai biztosítják a víz áramlását és a nagy hidrosztatikus nyomás (turgor) létrehozását a növényi sejtben, a sejt és környezete közötti anizotrop anyageloszlás megőrzését, az anyagok szelektív felszívódását és felszabadulását, ill. számos egyéb funkció.A sejtfelszínen plazmamembrán létezésére vonatkozó hipotézist a 19. század második felében terjesztették elő. Ennek a hipotézisnek (koncepciónak) a tudományos igazolását W. Pfeffer adta meg a plazmolízis és deplazmolízis jelenségeinek magyarázata alapján. Pfeffer szerint ennek a membránnak a „félig áteresztő” tulajdonsága volt, vagyis áteresztő volt a víz számára és átjárhatatlan a vízben oldott anyagok számára. A következő években olyan tanulmányokat végeztek, amelyek lehetővé tették nemcsak egy ilyen szerkezet létezésének bizonyítását a sejt felszínén, hanem ennek a szerkezetnek az optikai mikroszkópokban láthatatlan tulajdonságainak tanulmányozását is. A XX. század második feléig azonban. A biomembránok csak egy élő sejt hipotetikus struktúrái maradtak. Ezért a plazmamembrán bizonyos tulajdonságainak bemutatására és a plazmamembránnal kapcsolatos mechanizmusok működési mintázatainak magyarázatára a kutatók sejtmodelleket („mesterséges sejteket”) hoztak létre.
Különböző időszakokban modellrendszerek jelentek meg - Pfeffer, Traube, Jacobs és mások „mesterséges sejtjei”. Laboratóriumi munkák elvégzésekor javasolt „mesterséges sejt” modellrendszerek létrehozása Traube és Jacobs szerint (módosítva).
Pfeffer és Traube „mesterséges sejt” modelljeinek kialakításakor a sárga vérsó és a réz-szulfát oldatok határfelületén a vas-szulfát réz vízben oldhatatlan amorf tömege képződik, amely szinte ideális ozmotikus tulajdonságokkal rendelkezik - vízáteresztő, ill. az oldott anyagokkal szembeni átjárhatatlanság. Mivel a vas-réz membrán két oldatot választ el, a víz átáramlásának irányát és nagyságát a membrán ellentétes oldalán lévő vízmolekulák kémiai potenciáljainak különbsége határozza meg. Ha egy ilyen membrán ugyanannak az anyagnak két oldatát választaná el, akkor a vízmolekulák kémiai potenciálja nagyobb lenne a hígabb oldatban, és a víz a kisebb koncentrációjú oldat felé mozdulna el. A membrán mindkét oldalán különböző anyagokat tartalmazó rendszerben a víz mozgási irányának meghatározásakor figyelembe kell venni az anyagok disszociációjának mértékét, a membrán vegyértékét és ionok permeabilitását. A Traube szerint „mesterséges sejt” előállítására irányuló kísérlet tárgyalásának leegyszerűsítésére feltételezzük, hogy a vas-szulfid-rézből készült membrán az oldott anyagok számára abszolút átjárhatatlan, a sárga vérsó és a réz-szulfát disszociációs foka az oldatokban a azonos. Ebben az esetben a vízmolekulák kémiai potenciáljának értékeinek összehasonlításához használhatja a feltüntetett sók normál koncentrációit.
A különböző polaritású anyagok plazmamembránokon keresztüli diffúziós folyamatának alapelvei a huszadik század első felében alakultak ki. Collander és Barlund kutatásai szerint egy membrán permeabilitási együtthatója bármely anyaggal szemben az utóbbi molekulatömegével, valamint a víz és a növényi olaj közötti egyensúlyi eloszlási együtthatóval (kр) megjósolható:
ahol CM és SV az anyag azon koncentrációi, amelyek az egymással érintkező oldószerek - olaj és víz - rendszerében egyensúlyi állapotban kialakulnak. A legtöbb, a plazmamembránon keresztül diffundáló anyag esetében egyenes arányosság van a Pi M i és a kр szorzat között (Pi a membrán permeabilitási együtthatója az i anyaghoz viszonyítva; Mi az i anyag molekulatömege).
A kр együttható ebben az esetben a hidrofób mértékének kvantitatív mérőszámaként működik: több hidrofób anyag halmozódik fel az olajban, és nagy kр érték jellemzi őket, míg a hidrofil anyagok éppen ellenkezőleg, a vizes fázisban halmozódnak fel, amelyre a kр érték kisebb. Ennek megfelelően a nem poláris vegyületeknek a membrán lipidrétegén keresztül történő diffúziós folyamat eredményeként könnyebben be kell jutniuk a sejtbe, mint a polárisaknak. A hidrofób mértékét az anyag molekulájának szerkezete határozza meg. Egy anyag hidrofóbsága azonban nagymértékben függ az oldatban lévő molekuláinak ionizációs fokától. Sok szerves és szervetlen anyag (gyenge elektrolit) ionizációs fokát viszont az oldat pH-értéke határozza meg.
Jacobs „mesterséges sejtje” modellezi a növényi sejtek plazmamembránjának szelektív permeabilitását a gyenge elektrolitok elektromosan semleges molekulái felé. A „mesterséges sejt” eredeti tervében Jacobs egy békabőr szárnyat használt a plazmalemma analógjaként. A javasolt munkában egy hidrofób (polimer) anyagból készült filmet használnak a plazmalemma modelljeként. Ez nem csak emberi okokból történt – a polimer film jobban modellezi a plazmalemma lipid kettősrétegének fizikai-kémiai tulajdonságait.
Gyenge bázis lévén az ammónium vizes oldatokban NH3 és NH4+ formájában fordul elő, melynek koncentrációaránya a közeg pH-jától függ, híg vizes oldatok esetében pedig a pKa disszociációs állandó, amely 25 °C-on egyenlő. 9.25-ig:
ahol és az ammónia molekulák és az ammóniumionok koncentrációja, ill.
Ha csak töltetlen ammónia molekulák tudnak áthatolni a membránon, akkor könnyen kimutatható, hogy a membrán különböző oldalain egyensúlyban lévő ammóniumionok koncentrációja a membránnal érintkező oldatok pH-jától függ. A Jacobs-féle "mesterséges sejtben" lévő membránon keresztüli ammónia transzport folyamatának bemutatására a pH-t megváltoztató képességét használják.
A munka célja. Szerezzen „mesterséges sejteket” a Traube és Jacobs módszerekkel, és figyelje meg az ozmózis jelenségét - a víz mozgását egy félig áteresztő membránon az ozmotikus potenciál gradiensén.
Anyagok és felszerelések: sárga vérsó, réz-szulfát, ammónium-klorid, nátrium-hidroxid és sósav 1,0 N-os oldata, semleges vörös 1%-os vizes alkoholos oldata, univerzális indikátorpapír, üvegcső töredékei, amelyek a végén megolvadtak, polimer film, szálak , kémcsövek , 3 pohár 150-200 ml űrtartalommal, stopper.
1. Traube „mesterséges sejtjének” elkészítése. Hígítással készítsünk 1,0 N sárga vérsó (K4Fe(CN)6), 0,5 N és 1, N réz-szulfát oldatot (CuSO45 H2O). Vegyünk két kémcsövet. Öntsön az egyikbe 0,5 N, a másikba 1,0 N réz-szulfát oldatot. Óvatosan pipettázzon a kémcsövek fala mentén minden egyes 1,0 N sárga vérsó-oldatba. A réz-szulfát és a sárga vérsó oldatainak érintkezési felületén vas-szulfid-réz membrán képződik:
A vas-szinoxid réz amorf csapadéka szinte ideális ozmotikus tulajdonságokkal rendelkezik, ezért ha a H2O molekulák kémiai potenciálja eltérő, akkor vízáramlást kell megfigyelni, amely a „mesterséges sejt” térfogatának megváltozásához vezet. Meg kell jegyezni, hogy a vas-szulfid rézből készült membrán gyenge rugalmassággal rendelkezik. Ezért, amikor a „mesterséges sejt” térfogata növekszik, a membrán eltörik.
Gyakorlat. Kövesse nyomon a „mesterséges sejtek” viselkedését 0,5 N és 1,0 N réz-szulfát oldatokban. Vázolja fel a "mesterséges sejteket"
és írják le alakjuk változásának dinamikáját.
2. „mesterséges Jacobs-sejt” beszerzése. Hígítással készítsünk 200 ml 0,5 N ammónium-klorid-oldatot és 100 ml 0,5 N nátrium-hidroxidot. Öntsük a nátrium-hidroxid-oldatot egy pohárba, az ammónium-klorid oldatot osszuk két egyenlő részre, és öntsük 150-200 ml-es poharakba. Indikátorpapírral és 1,0 N sósav- és nátrium-hidroxid-oldattal állítsa be az első pohár oldatának pH-ját 9,0-ra, a második pohár pH-ját 7,0-ra.
Vegyünk 3 üvegcső töredéket. Helyezzen egy darab polimer fóliát mindegyik megolvadt végére, és óvatosan kösse össze őket cérnával. Adjunk 5-10 csepp semleges vörös oldatot 50 ml vízhez, és enyhén savanyítsuk a táptalajt 1-2 csepp sósavval.
Töltse fel a „mesterséges Jacobs-sejteket” (membrános üvegcsövek töredékeit) a jelzett indikátoroldattal. Helyezze a „mesterséges Jacobs-sejteket” nátrium-hidroxid és ammónium-klorid oldatot tartalmazó főzőpohárba úgy, hogy ezek a közegek érintkezzenek a polimer membránnal.
Az ammónia képes átdiffundálni a polimer membrán hidrofób fázisán. És mivel koncentrációja a „mesterséges sejtben” elhanyagolható, az NH3-molekulák az oldatból a „sejtbe” kerülnek, és az üvegcső tartalmának lúgosodását idézik elő, amit a bíborvörös szín eltűnése jelez. „intracelluláris” tartalom.
Gyakorlat. Határozza meg, mennyi idő szükséges ahhoz, hogy az indikátor piros színe eltűnjön a kísérlet minden változatában.
1. Miért nő a sókoncentráció a „mesterséges sejt” felszíne közelében 0,5 N réz-szulfát oldatban?
2. Miért duzzad meg egy „mesterséges sejt” 0,5 N réz-szulfát oldatban, de 1,0 N oldatban a felülete stabil?
3. Milyen tényezőktől függ a gyenge savak és bázisok disszociációs foka?
4. Miért tűnik el a semleges vörös szín, amikor egy „mesterséges sejtet” nátrium-hidroxid oldatba helyezünk?
5. Miért tolódik el az „intracelluláris” tartalom pH-ja gyengén bázikus értékre, amikor semleges ammónium-klorid oldatba helyezünk egy „mesterséges sejtet”?
6. Mi az ozmózis?
7. Milyen megoldásokat nevezünk hipo-, izo- és hipertóniásnak?
A PLAZMOLYSIS ÉS DEPLAZMOLYSIS JELENSÉGE
NÖVÉNYI SEJT
Bevezető megjegyzések. A plazmolízis és a deplazmolízis jelenségeinek megfigyelésével nyomon követhető az a folyamat, amikor a víz a növényi sejtből kilép és egy félig áteresztő membránon keresztül jut a sejtbe. Amikor egy sejtet olyan oldatba helyeznek, amely a sejtnedvhez képest hipertóniás, plazmolízis megy végbe - a protoplaszt elválik a sejtfaltól, mivel térfogata csökken a víznek a sejtből a külső oldatba való felszabadulása miatt. . A plazmolízis során a protoplaszt alakja megváltozik. A protoplaszt kezdetben csak helyenként, leggyakrabban a sarkokban marad le a sejtfal mögött. Az ilyen formájú plazmolízist szögletesnek nevezik. A növényi sejt hipertóniás oldatban való inkubációjának növekedésével a plazmolízis következő formája figyelhető meg - homorú plazmolízis. Jellemzője a protoplaszt és a sejtfal közötti érintkezések megőrzése külön helyeken, amelyek között a protoplaszt elválasztott felületei homorú formát kapnak. A protoplaszt fokozatosan elszakad a sejtfalaktól a teljes felületen, és lekerekített alakot vesz fel. Az ilyen típusú plazmolízist konvex plazmolízisnek nevezik.A külső oldat tiszta vízzel való cseréje után az utóbbi elkezd befolyni a cellába. A protoplaszt térfogata megnő, és deplazmolízis megy végbe. Befejezése után a protoplaszt ismét kitölti a sejt teljes térfogatát.
A munka célja. Bizonyítsa be a plazmolízis és deplazmolízis jelenségei alapján, hogy a növényi sejt ozmotikus rendszer!
Anyagok és felszerelések: mikroszkóp, tárgylemezek és fedőüvegek, biztonsági borotvapenge, boncolótű, csipesz, 1 M szacharóz oldat, szűrőpapír, hagymahagyma.
A hagymapikkelyek felszínének domború oldaláról, melynek sejtjei a vakuólumokban lévő antocianinok jelenléte miatt lilás színűek, a hámréteget bonctűvel eltávolítjuk, üveglapra vízcseppbe helyezzük, letakarjuk. fedőlemezzel és mikroszkóp alatt vizsgáltuk. Ezután cserélje ki a vizet 1 M szacharózoldattal. Ehhez csepegtessünk egy nagy csepp oldatot a fedőlemez melletti tárgylemezre, és egy szűrőpapírral szívjuk ki a vizet, helyezzük a fedőlemez másik oldalára. Ismételje meg ezt a technikát 2-3 alkalommal, amíg a víz teljesen ki nem cserélődik az oldattal. A készítményt mikroszkóp alatt vizsgáljuk. A protoplaszt fokozatos lemaradása a sejtfalaktól először a sarkokban, majd a falak teljes felületén észlelhető. Végül a protoplaszt teljesen elválik a sejtfaltól, és lekerekített alakot ölt.
Ezután a fent leírt módszerrel cserélje ki az 1 M szacharózoldatot vízzel. A víz belép a sejtbe, ami a protoplaszt térfogatának növekedéséhez vezet, amely fokozatosan elfoglalja korábbi pozícióját. A sejt visszatér eredeti állapotába.
Gyakorlat. Rajzolja le a plazmolízis megfigyelt formáit, valamint a deplazmolízis szakaszait! Következtetések megfogalmazása.
1. Milyen szerkezeti jellemzői adják a növényi sejtnek az ozmotikus rendszer tulajdonságait?
2. Mi a plazmolízis? Ismertesse a plazmolízis főbb formáit!
3. Mi a deplazmolízis? Milyen feltételek mellett figyelhető meg?
AZ OSZMOTIKUS NYOMÁS MEGHATÁROZÁSA
SEJTLEVE PLAZMOLITIKUS
MÓDSZER
Bevezető megjegyzések. Ha két különböző mennyiségű oldott anyagot tartalmazó oldat érintkezik, a molekulák benne rejlő hőmozgása miatt kölcsönös diffúzió lép fel, ami az oldott anyagok koncentrációjának kiegyenlítődéséhez vezet a teljes térfogatban, ami megegyezik a folyadékok keverésének helyzetével. Ha ezeket az oldatokat félig áteresztő membrán választja el, amely visszatartja az oldott anyagok molekuláit, akkor csak az oldószer (víz) molekulák fognak áthaladni az oldatok érintkezési határán. Ezenkívül egyirányú vízáramlás történik a membránon keresztül (ozmózis). Ozmotikus nyomásnak nevezzük azt a nyomást, amelyet a rendszer valamelyik oldatára ki kell fejteni, hogy megakadályozzuk az oldószer bejutását. Az oldat ozmózisnyomása egyenesen arányos koncentrációjával és abszolút hőmérsékletével. Van't Hoff megállapította, hogy a híg oldatok ozmózisnyomása megfelel a gáztörvényeknek, és a következő képlettel számítható ki:ahol R a gázállandó (0,0821); Т – az oldat abszolút hőmérséklete (273 оС + t оС); C az oldott anyag koncentrációja mólokban; i – izotóniás együttható.
Az izotóniás együttható értékét az anyag oldódási folyamatainak jellemzői határozzák meg. Nem elektrolitoknál (például szacharóznál) i egyenlő 1-gyel. Elektrolit oldatok esetében az i értéke azon ionok számától függ, amelyekre a molekula felbomlik, valamint a disszociáció mértékétől. A NaCl oldatok i értékeit a táblázat tartalmazza.
Nátrium-klorid oldatok izotóniás együtthatójának értékei NaCl-koncentráció értéke i A sejtnedv ozmotikus nyomásának értéke a növényi sejt víz „elnyelő” képességét fejezi ki, és jelzi a növény növekedésének lehetőségét különböző vizű talajokon. erőt tartva. Ugyanakkor a sejtnedv ozmotikus nyomásának növekedése aszály alatt a növények kiszáradásának és az öntözés szükségességének ismérve.
A sejttartalom ozmotikus nyomásának meghatározására szolgáló plazmolitikus módszer azon alapul, hogy az oldatok ozmózisnyomását, amely meghatározza a víz membránon keresztüli mozgását, különféle anyagok (ozmolitikumok) hozhatják létre. Ezért a sejtnedv ozmotikus nyomásának meghatározásához nem szükséges ismerni annak minőségi összetételét és az egyes anyagok koncentrációját, hanem meg kell találni az anyag azon koncentrációját a külső oldatban, amelynél a víz nem mozog a plazmalemmán keresztül. turgor és plazmolízis hiányában. Ennek érdekében a vizsgált szövet metszeteit ismert koncentrációjú oldatok sorozatába merítjük, majd mikroszkóp alatt megvizsgáljuk. Abból kiindulva, hogy csak hipertóniás oldatok képesek plazmolízist okozni, ezek közül a leggyengébb található, melyben az egyes sejtekben csak a kezdeti plazmolízist mutatják ki. A következő hígabb oldat nem plazmolizálja a sejteket.
Következésképpen ezeknél a sejteknél az izotóniás oldat koncentrációja egyenlő lesz (bizonyos hibával) a szomszédos oldatok koncentrációi közötti számtani átlaggal.
A kényelem kedvéért a munkát olyan szövetekkel végezzük, amelyek sejtjei a sejtnedvben antocianint tartalmaznak: a kékhagyma pikkelyeinek hámrétege, a tradescantia levél alsó hámrétege. Szacharóz vagy NaCl oldatokat használnak plazmolitikusként.
Anyagok és felszerelések: mikroszkóp, tárgylemezek és fedőlemezek, biztonsági borotvapenge, boncolótű, 1 M NaCl és 1 M szacharóz oldatok, tradescantia levelek vagy kékhagyma hagymák.
1 M szacharóz- vagy NaCl-oldattal készítsen 5 ml oldatot a táblázat szerint.
Az oldatok alapos összekeverése után öntsük üvegekbe vagy tégelyekbe, ahol 30 percre helyezzük el a vizsgált szövet 2-3 metszetét.
Ebben az esetben ügyelni kell arra, hogy a szakaszok ne a felszínen lebegjenek, hanem folyadékba merüljenek (ha a szakasz lebeg, akkor egy boncolótűvel kell „megfulladni”). Fedje le a palackokat fedővel vagy üveglappal, hogy megakadályozza a párolgást.
A megadott inkubációs idő letelte után vizsgáljuk meg a metszeteket mikroszkóp alatt a megfelelő oldat egy cseppjében (nem vízben!) abban a sorrendben, ahogyan az oldatokba merítettük. Az üvegrudat vagy pipettát, amellyel az oldatot a tárgylemezekre vitték, minden oldat után alaposan le kell öblíteni desztillált vízzel, és szalvétával vagy szűrőpapírral le kell törölni.
Gyakorlat. Határozza meg a plazmolízis jelenlétét és mértékét a vizsgált szövetben. A plazmolízis mértékét a következő fogalmak fejezik ki: „erős”, „gyenge”, „kezdeti”, „a plazmolízis hiánya”. Írja be az eredményeket a táblázatba.
A plazmolízis mértéke Izotóniás koncentráció, M A sejtnedv ozmózisnyomása atm-ben és kPa-ban Határozza meg a nátrium-klorid izotóniás koncentrációját, vagyis azt a NaCl-tartalmat, amely a sejtnedvhez hasonló ozmotikus nyomást hoz létre a vizsgált szövetben. Számítsa ki az ozmotikus nyomást az (1) egyenlet segítségével. A 101,3 együttható segítségével számítsa ki az ozmotikus nyomást kPa-ban.
1. Mi az ozmotikus nyomás?
2. Hogyan számítják ki az ozmotikus nyomást?
3. Mitől függ az izotóniás együttható értéke?
4. Melyik folyamat kritériuma a sejtnedv ozmotikus nyomásának növekedése?
2. A SEJTMEMBRÁNOK TULAJDONSÁGAI
A sejtmembránok legfontosabb tulajdonsága a szelektív permeabilitás. A külső citoplazmatikus membrán, amely elválasztja a sejtet a környezettől, szabályozza az anyagok szállítását a sejt és a szabad tér között. Az intracelluláris membránok rejlő szelektív permeabilitásuk miatt olyan kompartmentalizációs funkciót látnak el, amely lehetővé teszi a sejtnek és az organellumoknak, hogy kis térfogatban megtartsák a szükséges enzimeket és metabolitokat, heterogén fizikokémiai mikrokörnyezetet hozzanak létre, és különböző, esetenként ellentétes irányú biokémiai reakciókat hajtsanak végre a különböző felületeken. a membrán oldalai.A sejtmembránok különböző anyagokkal szembeni permeabilitása a sejtek életképességének kritériuma lehet. A membrán szelektív permeabilitása mindaddig fennmarad, amíg a sejt életben marad.
A SZELEKTÍV PERMEABILITÁS TANULMÁNYA
NÖVÉNYI SEJT PLAZMALEMMAS
Bevezető megjegyzések. A plazmamembrán permeabilitása különböző anyagokra a vizsgált anyagok hipertóniás oldatában elhelyezkedő növényi sejtekben a plazmolízis időtartamát jellemző egyszerű megfigyelések alapján összehasonlítható. Abban az esetben, ha a plazmalemma permeabilitása az oldott anyag számára kellően alacsony, vagy molekulái nem képesek szabadon bediffundálni a növényi sejtbe, perzisztens plazmolízis megy végbe, amelyben a plazmolizált sejtek változatlan állapotban maradhatnak egy ideig. hosszú idő. Ha azonban az oldott anyag molekulái áthaladnak a membránon, de lassabban, mint a vízmolekulák, akkor a meginduló plazmolízis átmeneti és hamarosan megszűnik. Az oldott anyagnak a sejtbe történő fokozatos behatolása következtében megfigyelhető lesz a víz áramlása a külső oldatból a koncentráció gradiens mentén, ami végső soron a sejt deplazmolizált állapotba való átmenetét okozza.A munka célja. Hasonlítsa össze a sejtmembránok permeabilitását különböző anyagokkal a perzisztens és átmeneti plazmolízis megfigyelése alapján.
Anyagok és felszerelések: mikroszkóp, tárgylemezek és fedőüvegek, biztonsági borotvapenge, boncolótű, csipesz, 1 M szacharóz oldat, 1 M karbamid oldat, 1 M glicerin oldat, szűrőpapír, hagymahagyma.
Egy csepp oldatot csepegtetünk három tárgysztélére: az egyikre 1 M szacharóz oldatot, a másikra 1 M karbamid oldatot, a harmadikra 1 M glicerin oldatot. Minden cseppbe a színes hagyma epidermisz egy töredékét helyezzük, fedőlemezekkel lefedjük és mikroszkóp alatt megvizsgáljuk. Keresse meg azokat a területeket, ahol jól láthatók a plazmolizált sejtek. Fel kell jegyezni a plazmolízis kezdetének időpontját - a megfigyelés kezdetét. Hagyja a készítményeket 10-30 percig, majd vizsgálja meg újra mikroszkóp alatt. Szacharózoldatban tartós plazmolízis figyelhető meg, karbamid és glicerin oldataiban pedig átmeneti. A deplazmolízis oka az utolsó két oldatban a plazmamembrán karbamid- és glicerinmolekulák permeabilitása.
Gyakorlat. Tanulmányozni kell a növényi sejtek plazmolízisének jellemzőit különböző anyagok oldataiban. Jegyezze fel a megfigyelési eredményeket a táblázatba, a plazmolízis mértékét a megfigyelések megkezdése után 10 percenként. A kísérleti eredmények elemzése alapján azonosítsa a plazmolizált állapot megőrzésének időtartamában a különböző ozmolitikumok által okozott különbségeket, és vonjon le következtetést a vizsgált anyagok plazmalemma relatív permeabilitására vonatkozóan.
Oldott Megjegyzés: +++ – erős plazmolízis, ++ – mérsékelt plazmolízis, + – gyenge plazmolízis.
1. Mi a sejtmembránok szelektív permeabilitása?
2. Mely anyagok hatolnak be könnyebben a sejtmembránokon?
3. Hogyan használható a szelektív permeabilitás tulajdonsága a növényi sejt életképességének meghatározására?
A SEMÉS DIFFÚZIÓJÁNAK TANULMÁNYOZÁSA
PIROS A PLAZMALEMMÁN KERESZTÜL
NÖVÉNYI SEJT
Bevezető megjegyzések. A plazmamembrán izolálja az intracelluláris tartalmat a külső környezettől. Az anyagcsere a sejten belüli tartalom és a sejtet körülvevő környezet között a membránon keresztüli transzportjuk révén történik. A lipid kettős réteg akadályozza az anyagok mozgását. A legtöbb exogén fiziológiailag jelentős anyag a plazmalemmán lévő passzív és aktív transzportrendszerek működése következtében kerül a sejtbe. Azonban egyszerű passzív diffúzió is lehetséges a lipid kettősrétegen keresztül, amely egy hidrofób fázis.Az anyagok lipid kettősrétegen keresztüli diffúziójának alapvető mintázatai a 19. század végén és a 20. század elején alakultak ki, vagyis abban az időszakban, amikor a biomembránok csak feltételezett sejtszerkezetek maradtak. Az a tény, hogy a hidrofób anyagok jobban behatolnak a sejt belsejébe, mint a hidrofilek, ez az alapja volt a kutatóknak a lipidek membránban való jelenlétére vonatkozó feltételezésének.
Az anyagok membránon keresztüli diffúziós folyamata Fick első törvényének engedelmeskedik, amelynek matematikai kifejezését a membránra alkalmazva a következő képlet írja le:
ahol Pi az i anyag membránpermeabilitási együtthatója; CiIII és CiI az i anyag koncentrációja a membrán mindkét oldalán.
A gyenge savakra és bázisokra jellemző, hogy molekuláik ionizációs foka híg oldatokban a pH-tól függ (lásd 1. laboratóriumi munka, (2) képlet). Ez azt jelenti, hogy a pKa-val számszerűen megegyező pH-tartományban a gyenge elektrolit molekulák disszociációs foka 50%. Ha a pH eggyel csökken, a gyenge bázismolekulák több mint 90%-a ionizálódik, és ha a pH ugyanennyivel nő, akkor kevesebb, mint 10%-a ionizálódik.
Még a huszadik század első felében kimutatták, hogy a gyenge elektrolitok elektromosan semleges, nem ionizált molekulái elég jól behatolnak a plazmamembránon keresztül a növényi sejtekbe, miközben a membránról kiderül, hogy a megfelelő ionok gyakorlatilag áthatolhatatlanok. Például az ammónia és az ammóniumion plazmalemma permeabilitási együtthatói több mint 100-szor különböznek. Így a pH-értékek csak 1-2 egységgel változnak. a membránon keresztül szállított anyagmolekulák formáinak koncentrációjában több mint 10-szeres változáshoz vezet.
A gyenge elektrolitok közül a sav-bázis indikátorok különösen érdekesek, mivel ezeknek az anyagoknak a molekuláit az jellemzi, hogy az ionizáció során megváltoznak optikai tulajdonságaik. Ezen túlmenően ezeknek a vegyületeknek az oldatainak jellegzetes színe miatt tartalmuk kolorimetriásan nagyon könnyen meghatározható. A semleges vörös (NR) gyenge bázis. Az ionizált NA-molekulák (pH 6,8 és alatta) intenzív bíbor színű oldatokat festenek. Ahogy a pH 6,8-ról 8,0-ra emelkedik, a szín fokozatos változása halványsárgává válik az NA-molekulák disszociációs fokának csökkenése miatt. A lúgos oldatokban az elektromosan nem fertőzött, a plazmamembrán lipid kettősrétegén jól transzportálódó NA molekulák, savas oldatokban pedig a membránt gyengén áteresztő NA-ionok dominálnak.
A plazmalemmán keresztül a sejtbe bejutó NA molekulák más sejtmembránokon keresztül is átdiffundálhatnak, azonban a vakuólumba (a növényi sejt savas részébe) behatolva az NA molekulák ionizálódnak, és a vakuólum tartalmát bíborvörösre színezik. Ebben az esetben az NK-ionok „zártnak” bizonyulnak a vakuólum terében, azaz hajlamosak felhalmozódni.
A munka célja. A semleges vörös diffúziós mintázatának vizsgálata növényi sejt plazmalemmáján keresztül Anyagok és felszerelések: olló, semleges vörös vizes-alkoholos oldata, nátrium-hidroxid és sósav decinormális oldata, univerzális indikátorpapír, Petri-csészék, mikroszkóp, stopper. , Nitella flexilis algakultúra.
Adjunk 5 csepp semleges vörös oldatot 100 ml vízhez.
Ezt az oldatot egyenlő arányban öntse 4 Petri-csészébe. A Petri-csészék tartalmának savasságát univerzális indikátorpapírral szabályozva HCl és NaOH oldatok segítségével állítsa be a savasságot az első Petri-csészében 9,0-ra, a másodikban 8,0-ra, a harmadikban 7,0-ra, a negyedikben pH 5,0. Címkézze fel a Petri-csészéket.
Olló segítségével óvatosan távolítson el 8-12 alga internódiumot a Nitella flexilis thallusból. Az internódiumokat mikroszkóp alatt vizsgálva győződjön meg arról, hogy a preparált sejtek natívak: az élő, sértetlen sejtek a fényvonallal párhuzamosan elhelyezkedő, folyamatos kloroplasztisz-sorokat tartanak fenn, emellett a citoplazma intenzív mozgása figyelhető meg - ciklózis.
Helyezzen 2-3 sejt alga internódiumot Petri-csészékbe.
Indítsa el a stoppert.
Gyakorlat. Határozza meg az algasejtek megfestéséhez szükséges időt minden kísérletben. Ehhez 5 perc elteltével hasonlítsa össze az egyes változatok algák internódiumainak sejtjeit színintenzitás szerint. Ismételje meg a műveletet 10, 20, 30 perc elteltével. A megfigyelési eredményeket rögzítse a táblázatban! Vonjon le következtetéseket a membránon átdiffundáló gyenge bázisformákra vonatkozóan.
A közeg pH-értéke Megjegyzés: +++ – intenzív szín, ++ – közepes szín, + – gyenge szín, – nincs szín.
1. Milyen tényezőktől függ a gyenge savak és bázisok disszociációs foka?
2. Miért permeábilisabbak a biomembránok a gyenge elektrolitok nem disszociált formáival szemben?
3. Milyen körülmények között figyelhető meg egy gyenge elektrolit felhalmozódása a cellában?
VÁLTOZÁS A TONOPLASZT PERMEABILITÁSÁBAN
ÉS PLAZMALEMMAS A BETACYANINE ALATT
FIZIKAI ÉS KÉMIAI HASZNÁLAT
TÉNYEZŐK
Bevezető megjegyzések. A sejtmembránok szelektív permeabilitása különböző tényezők hatására megváltozik. Bármely anyag vagy körülmény membránpermeabilitásra gyakorolt hatása meghatározható a különböző metabolitok sejtből történő felszabadulásának mérésével.A betacianin, a répa pigment, egy viszonylag nagy, vízben jól oldódó molekula, amely a sejtnedvben található.
A külső környezetbe való bejutáshoz a betacianin molekulának át kell jutnia a tonoplaszton, a fő citoplazmatikus mátrixon és a plazmalemmán. Az élő sejtek tonoplasztjai áthatolhatatlanok ennek a pigmentnek a molekulái számára. A betacianin diffúziója a vakuólumból a közegbe meglehetősen gyorsan megtörténhet különböző tényezők vagy szerek hatására, amelyek a membrán permeabilitását növelik. Az inkubációs közeg optikai sűrűségének bizonyos idő elteltével történő mérésével felmérhető, hogy egy adott tényező milyen hatást gyakorol a membránok permeabilitására.
A munka célja. Határozza meg a hőmérséklet, valamint a savak és alkoholok hatását a sejtmembránok permeabilitására a betacianin külső oldatba való kibocsátásával.
Anyagok és felszerelések: desztillált víz, 30%-os ecetsavoldat, 50%-os etanolos oldat, szűrőpapír, kémcsövek, kémcsőállvány, vízfürdő, spektrofotométer vagy fotokoloriméter, cékla.
Az integumentáris szövet eltávolítása után a répa gyökerét kockákra vágjuk (kockaoldal 5 mm), és 5-10 percig alaposan mossuk vízzel, hogy eltávolítsuk a sérült sejtekből felszabaduló pigmentet.
Ezután egyenként 4 kémcsőbe helyezzük, amelybe a kísérleti séma szerint 5 ml különféle tápközeget öntünk: desztillált vizet (2 kémcső), ecetsav és etanol oldatokat.
Az első kémcsövet desztillált vízzel állványon hagyjuk, a második tartalmát vízfürdőben 2-3 percig melegítjük. 30 perc elteltével az összes kémcsövet erőteljesen felrázzuk, a répakockákat eltávolítjuk, és az oldatok színintenzitását zöld fényszűrős fotokoloriméterrel vagy spektrofotométerrel = 535 nm.
Az oldat optikai sűrűsége, színintenzitás, kísérleti lehetőség Hozzárendelés. Végezze el a kutatást. Írja be az optikai sűrűségmérés eredményeit a táblázatba. Azonosítsa a különbségeket a tonoplaszt és a plazmalemma bétacianinnal szembeni permeabilitása között különböző tényezők hatásának kitett répa gyökérsejtekben, és vonjon le következtetést ezen eltérések okaira.
1. Mi a jelentősége a sejtmembránok szelektív permeabilitásának?
2. Mitől függ a növényi sejtmembránok szelektív permeabilitása?
3. A CYTOPLASMA TULAJDONSÁGAI
A citoplazma fő térfogatát, amely kitölti a sejtszervecskék közötti teret, citoszolnak nevezik. A víz aránya a citoszolban körülbelül 90%. Szinte az összes fő biomolekula oldott formában található a citoszolban. A valódi oldatok ionokat és kis molekulákat képeznek (alkáli- és alkáliföldfémsók, cukrok, aminosavak, zsírsavak, nukleotidok és oldott gázok). A nagy molekulák, például a fehérjék kolloid oldatokat képeznek. A kolloid oldat lehet szol (nem viszkózus) vagy gél (viszkózus). A legtöbb intracelluláris folyamat intenzitása a citoszol viszkozitásától függ.A citoplazma legfontosabb tulajdonsága az aktív mozgás.
Ez az élő növényi sejt jellemző tulajdonsága, létfontosságú folyamatai aktivitásának mutatója. A citoplazma mozgása biztosítja az anyagok intracelluláris és intercelluláris szállítását, az organellumok sejten belüli mozgását, valamint fontos szerepet játszik az ingerlékenységi reakciókban. Ennek megvalósításában a citoszkeleton elemei – mikrofilamentumok és mikrotubulusok – vesznek részt. Ennek a mozgásnak az energiaforrása az ATP. A citoplazmatikus mozgás (ciklózis) a sejt életképességének egyik legérzékenyebb mutatója. Sok kisebb hatás is megállítja, vagy éppen ellenkezőleg, felgyorsítja.
A KÁLIUM- ÉS KALCIUM IONOK HATÁSA A
A NÖVÉNYI SEJT CITOPLAZMA VISZKOZITÁSA
Bevezető megjegyzések. Az egyes kationok jelentősen megváltoztathatják a citoplazma viszkozitását. Megállapították, hogy a káliumionok hozzájárulnak a víztartalom növekedéséhez és a viszkozitás csökkenéséhez. A citoplazma alacsonyabb viszkozitása kedvez a szintetikus folyamatok lefolyásának és az anyagok intracelluláris transzportjának, de csökkenti a növényi sejtek ellenállását a kedvezőtlen külső körülményekkel szemben. A káliummal ellentétben a kalcium növeli a citoplazma viszkozitását. Magasabb citoszol viszkozitás mellett lassabban mennek végbe élettani folyamatok, ami növeli a sejt ellenálló képességét a kedvezőtlen környezeti feltételekkel szemben.A citoplazma viszkozitásának változásai a kálium- és kalciumionok hatására a sejtek plazmolízisének formájából ítélhetők meg sóik hipertóniás oldatában. Ha a növényi sejteket hosszú ideig káliumionokat tartalmazó oldatokban inkubálják, a kupakplazmolízis megfigyelhető. Ebben az esetben a káliumionok a plazmalemmán keresztül a citoplazmába, de inkább a tonoplaszton keresztül a vakuólumba jutnak be. A citoplazma duzzanata következtében a protoplaszt domború alakot vesz fel, csak a sejtfalak keresztirányú szakaszaitól válik el, ahonnan az úgynevezett „sapkák” kialakulása figyelhető meg. A kalcium okozta citoplazmatikus viszkozitásnövekedés könnyen kimutatható a plazmolizáló protoplaszt alakváltozásának megfigyelésével: ha a plazmolitikum kalciumot tartalmaz, akkor a konkáv plazmolízis gyakran görcsös formába fordul át.
A munka célja. A kálium- és kalciumionok növényi sejt citoplazmájának viszkozitására gyakorolt hatásának tanulmányozása sapka és görcsös plazmolízis megfigyelései alapján.
Anyagok és felszerelések: mikroszkóp, tárgylemezek és fedőüvegek, biztonsági borotvapenge, boncolótű, csipesz, 1 M KNO3 oldat, 1 M Ca(NO3)2 oldat, szűrőpapír, hagymahagyma.
Az egyik tárgylemezre csepp 1 M kálium-nitrát oldatot, a másikra 1 M kalcium-nitrát oldatot teszünk. Ugyanazon hagymapikkely homorú felületéről eltávolított hagyma epidermisz darabját mindkét cseppbe helyezzük és fedőlemezekkel lefedjük. 30 perc elteltével a preparátumokat mikroszkóp alatt megvizsgáljuk azokban az oldatokban, amelyekben elhelyezkedtek. A plazmolízis jelensége figyelhető meg. Egyes KNO3-oldatban tartott epidermális sejtekben a citoplazma a keresztirányú sejtfalak oldalán „sapkákat” képez, amelyek megjelenése a citoszol hidratációjának káliumionok hatására bekövetkező megnövekedésének köszönhető. A kalciumionok éppen ellenkezőleg, növelik a citoplazma viszkozitását, növelik a sejtfalhoz való tapadási erőit, és a protoplaszt a görcsös plazmolízisre jellemző szabálytalan formákat ölt.
Gyakorlat. Rajzolja le a plazmolízis megfigyelt formáit! Mutassa be a plazmolízis formájának a citoplazma viszkozitásától való függőségét kálium- és kalciumionok jelenlétében.
1. Hogyan befolyásolják a kálium- és kalciumionok a citoplazma viszkozitását?
2. Milyen körülmények között figyelhető meg a görcsös plazmolízis?
3. Mi okozza a „sapkák” kialakulását a sejtek KNO3-oldatban való inkubációja következtében?
A CYTOPLASMA MOZGÁS MEGFIGYELÉSE
NÖVÉNYI SEJTEK ÉS MÉRÉSE
SEBESSÉG
Bevezető megjegyzések. A citoplazma mozgásának megfigyelésére a legkényelmesebbek a nagy, nagy vakuólumokkal rendelkező növényi sejtek (charofita algák internódiumainak sejtjei, tengeri szifonzöld algák, Elodea, Vallisneria vízinövények leveleinek sejtjei stb.). A citoplazmatikus mozgásnak többféle típusa van. A leggyakoribb az oszcilláló mozgás. Ez tekinthető a legkevésbé rendezettnek, mivel ebben az esetben egyes részecskék nyugalomban vannak, mások a perifériára, mások pedig a sejt közepére csúsznak. A mozgás instabil és véletlenszerű. A keringési mozgás azokra a sejtekre jellemző, amelyekben citoplazmatikus zsinórok keresztezik a központi vakuólumot. A citoplazmatikus réteg belsejében vagy felületén, valamint a citoplazmatikus rétegekben elhelyezkedő részecskék mozgásának iránya és sebessége nem állandó. A rotációs mozgás során a citoplazma csak a sejt perifériáján mozog, és hajtószíjként mozog. Az ilyen típusú mozgás, ellentétben a keringéssel, többé-kevésbé állandó és rendezett természetű, ezért alkalmas a kvantitatív vizsgálatra. A fentieken kívül léteznek még citoplazmatikus mozgások is, mint például a dagadó és ingamozgások. A mozgástípusok feltételesen különböznek egymástól, és ugyanabban a sejtben mozoghatnak egyikről a másikra.A citoplazma mozgását a sebességének meghatározásával jellemezhetjük, amely nemcsak a hajtóerőtől, hanem a citoplazma viszkozitásától is függ. A citoplazma mozgási sebessége mikroszkóp alatt mérhető a részecskéi mozgásának megfigyelésével.
A munka célja. Ismerkedjen meg a citoplazmatikus mozgás rotációs típusával, és mérje meg annak sebességét különböző növényi objektumokban.
Anyagok és felszerelések: mikroszkóp, tárgylemezek és fedőlemezek, biztonsági borotvapenge, boncolótű, mesterséges tóvizes oldat, Vallisneria levél, internodális nitella sejtek.
A Vallisneria levélpengéjéről éles borotvával vágunk le egy kis darabot, próbálva a levelet a lehető legkevésbé megsérteni, helyezzük egy csepp vízbe egy tárgylemezre, és vizsgáljuk meg mikroszkóp alatt, először alacsony fokozaton, majd nagy nagyítás. Nem ajánlott metszeteket készíteni a levélből, mivel a sejtek súlyosan megsérülnek, és a mozgás leáll bennük. A citoplazma mozgása jól megfigyelhető úgy, hogy az összes kloroplaszt egy irányba mozog a sejtfal mentén. Ezt a mozgást forgásnak nevezik.
A Nitella sejtekben a ciklózis megfigyeléséhez az előre elkészített sejteket speciális kamrákba helyezik, amelyeket mesterséges tóvíz oldatával töltenek meg. Valamennyi charofita alga is mutat rotációs típusú citoplazmamozgást, de ezekben a sejtekben a kloroplasztiszok mozdulatlanok. Közvetlenül a cellulózmembrán mellett található egy sűrű és mozdulatlan citoplazmaréteg, amelyet ektoplazmának neveznek. Ebben a rétegben kromatoforok vannak rögzítve, amelyek szorosan szomszédos szabályos hosszanti sorok egy rétegét alkotják. A vakuólum és az ektoplazma réteg között a citoplazma belső folyékony mozgékony rétege, az úgynevezett endoplazma található. Intenzív mozgása a kloroplasztisznál kisebb organellumok - a citoplazmában szuszpendált kis színtelen zárványok - mozgásán figyelhető meg.
A citoplazma mozgási sebességének meghatározásához használjunk stopperórát és a mikroszkóp szemlencséjébe helyezett okulárvonalzót. Stopperóra segítségével megszámolja azt az időt, amely alatt egy kloroplasztisz vagy más mozgó részecske áthalad a szemvonalzó két kiválasztott osztása között. Az ilyen méréseket ugyanabban a cellában 3-5 alkalommal hajtják végre. A citoplazma mozgási sebességének kiszámításához megmérjük a szemvonalzó osztásértékét. Ehhez egy tárgymikrométert helyeznek a mikroszkóp tárgyasztalára, amelyet szemmikrométeren keresztül vizsgálnak meg. Rögzítse a kiválasztott lencsét a tárgymikrométer osztásaira, és számolja meg a tárgymikrométer osztásainak számát. A szemmikrométer-osztások árát a következő képlettel számítjuk ki, ahol N a szemmikrométer-osztások ára; 10 µm – mikrométeres osztás ára; b – a szemlencse-mikrométer azon felosztásainak száma, amelyek a tárgymikrométer (a) felosztásaiba illeszkednek.
A részecske mozgási sebessége a mikrométerben mért távolság és azon másodpercek számának aránya, ameddig a mozgó részecske ezt a távolságot megteszi (μm/s).
Gyakorlat. Határozza meg a citoplazmatikus mozgás sebességét a vízinövények sejtjeiben! Írja be a mérési eredményeket a táblázatba. Készítsen sematikus rajzokat a vizsgált objektumok sejtjeiről, és nyilakkal jelezze a citoplazma mozgási irányát, hasonlítsa össze a ciklózis jellegét és sebességét!
Objektum Mozgás típusa Távolság A részecske utazási ideje, s Ciklózis sebessége, 1. Mi a citoszol?
2. Hogyan függ a plazmolízis formája a növényi sejtek citoplazmájának viszkozitásától?
3. Mi a citoplazma mozgásának biológiai jelentősége?
4. Melyek a citoplazmatikus mozgás főbb típusai?
5. Mi határozza meg a citoplazma mozgásának sebességét?
A szerzőktől………………………………………………………….1. NÖVÉNYI SEJT MINT OSZMOTIKUS
RENDSZER………………………………………………………….Laboratóriumi munka Növényi sejtmodellek………………………………………... Laboratóriumi munka A növényi sejt plazmolízisének és deplazmolízisének jelensége………. Laboratóriumi munka Sejtnedv ozmotikus nyomásának meghatározása plazmolitikus módszerrel…………………………………….………………. 2. A SEJTMEMBRÁNOK TULAJDONSÁGAI………..…………..
Laboratóriumi munka Növényi sejt plazmalemmájának szelektív permeabilitásának vizsgálata……………………………………………………….. Laboratóriumi munka A semleges vörös diffúziójának vizsgálata a plazmalemmán keresztül Laboratóriumi munka A tonoplaszt és a plazmalemma permeabilitása a betacianinra fizikai és kémiai tényezők hatására... 3. A CYTOPLASMA TULAJDONSÁGAI……………………………………………………………………………………………… a növényi sejt citoplazmájának viszkozitásáról…………………………………… ..………………………. Laboratóriumi munka Növényi sejtek citoplazmájának mozgásának megfigyelése és sebességének mérése…………………………………………………………….
NÖVÉNYI SEJTÉLET
Műhely "Növényélettan"a kérdésért felelős Biológiai Kar hallgatói számára A.P. Kudryashov Megjelenés céljából aláírva 2009. augusztus 31-én. Formátum: 6084/16. Ofszet papír.
Times betűtípus. Feltételes sütő l. 1.63. Akadémiai szerk. l. 1.62. Példányszám 50 példány. Zach.
Fehérorosz Állami Egyetem 220030, Minszk, Independence Avenue, 4.
Nyomtatott a megrendelő eredeti elrendezése alapján, a Fehérorosz Állami Egyetem másolóberendezésével.
Hasonló munkák:
OROSZORSZÁG EGÉSZSÉGÜGYI MINISZTÉRIUM Állami költségvetési szakmai felsőoktatási intézmény IRKUTSK ÁLLAMI ORVOSI EGYETEM (Oroszország Egészségügyi Minisztériumának GBOU HPE IGMU) Fizikoterápiás és sportorvosi tanfolyam AKADÉMIAI FEGYELEM TERÁPIA TESTNEVELÉS ÉS ORVOSI ORVOSSZABÁLYOZÁSI REFERENCIÁK DIÁK MUNKÁJA szakkör: 060103 (040200) – Gyermekgyógyászat ( PED), 5. év ÓRA TÉMA: Mozgásterápia AZ ORVOSI REHABILITÁCIÓS RENDSZERBEN. ALAPOK..."
„EGYETEM Életbiztonsági, Anatómiai és Élettani Tanszék ÉLETTAN (EMBER ÉS ÁLLAT ÉLETTANA) Oktatási és módszertani komplexum A 020201 szakterületen tanuló hallgatók számára Biológia Gorno-Altaisk RIO Gorno-Altaiski Állami Egyetem 2008 Megjelent a gornói módszertani tanács határozata alapján -Altajszki Állami Egyetem…”
„Recenzensek: a biológiai tudományok doktora, Valerij Petrovics Panov professzor – Moszkvai Mezőgazdasági Akadémia; A mezőgazdasági tudományok doktora, Nyikolaj Vasziljevics Gruzdev professzor - vezető. A RUDN Egyetem Magánállattudományi Tanszéke. Blokhin G.I et al., K64 Cynology. Tankönyv egyetemeknek / G. I. Blokhin, M. Yu Gladkikh, A. A. Ivanov, B. R. Ovsishcher, M. V. Sidorova - M.: OOO Publishing House Scriptorium 2000, 2001. - 432 p. beteggel. A tankönyv információkat tartalmaz a kutyák anatómiájáról, fiziológiájáról, takarmányozásáról, karbantartásáról, tenyésztéséről és genetikájáról..."
„KAZÁN SZÖVETSÉGI (VOLGA RÉGIÓ) EGYETEM Biológiai és Talajtani Kar Ember- és Állatélettani Tanszék GYAKORLAT A BIOLÓGIÁBAN FIZIKAI ÉS KÉMIAI MÓDSZEREKRŐL Oktatási és módszertani kézikönyv Yakovleva O.V., Sitdikova G.F., Yakovlev A.V. Kazan-2010 1 Megjelent a KF(P)U Biológiai és Talajtudományi Kar Oktatási és Módszertani Tanácsának határozata alapján a Humán- és Állatélettani Tanszék ülése sz. G.F., Jakovlev A.V. Műhely a fizikai és kémiai módszerekről...”
„New Arrivals Bulletin (2008. november) 1. TÁRSADALOMTUDOMÁNYOK 1.1. Filozófia. Pszichológia. Logika 1. Yu9ya7 Bogomolova, N. N. A tömegkommunikáció szociálpszichológiája: tankönyv. poB 74 kézikönyv egyetemeknek / N. N. Bogomolova. - M.: Aspect Press, 2008. - 191 p. a-1; h/zo - 1; 2. Yuya7 Bevezetés a filozófiába: tankönyv. kézikönyv egyetemeknek / I. T. Frolov [stb.]. - 4. B 24. kiadás, átdolgozott. és további - M.: Kulturális forradalom, 2007. - 623 p. diák - 1; 3. Yu Goldobina, L. A. A társadalom mint egy különleges lény:...”
„BELORUSZ ÁLLAMI EGYETEM BIOLÓGIAI KAR Növénytani Tanszék NÖVÉNYTAN ALAPJAI Útmutató laboratóriumi órákhoz 1. évfolyamos nappali tagozatos szakos hallgatók számára 1-31 01 02 Biokémia; 1-31 01 03 Mikrobiológia MINSK 2013 UDC 581.4 (077) BBK 28.56 r.ya73 O-75 Összeállította: T. A. Sautkina, V. D. Poliksenova, A. K. Khramcov, a Fehéroroszországi V. N. Tikhomirov Rekom. Állami Egyetemen 2013. február 27-én...”
„BELORUSZ ÁLLAMI EGYETEM BIOLÓGIAI KAR Humán- és Állatélettani Tanszék NAGY GERINCESEK FEJLESZTÉSE: MADARAK Irányelvek az Egyedfejlődés biológiája tantárgyhoz a Biológia Kar szakos hallgatói számára 1-31 01 01 Biológia MINSK 201620DC 20106781. és összeállítók: G. T. Maslova, A.V. Sidorov A Biológiai Kar Akadémiai Tanácsának ajánlása 2007. december 7., 5. számú jegyzőkönyv Lektor: a biológiai tudományok kandidátusa, egyetemi docens C...."
„Az Orosz Föderáció Egészségügyi Minisztériumának állami költségvetési oktatási intézménye Irkutszk Állami Orvostudományi Egyetem, az Orosz Föderáció Egészségügyi Minisztériuma Szív- és érrendszer: a fő elváltozások anatómiai és fiziológiai jellemzői, kutatási módszerei és szemiotikája Oktatási és módszertani kézikönyv Irkutszk IGMU 2012 1 UDC BBK 57.319ya73 C 32 Az Orosz Föderáció EGÉSZSÉGÜGYI ÉS TÁRSADALMI FEJLŐDÉSE (GBOU HPE VOLGGMU EGÉSZSÉGÜGYI MINISZTÉRIUM IGMU) által ajánlott, a Gyermekgyógyászati Kar Szövetségi Migrációs Szolgálata. OROSZORSZÁG FEJLŐDÉSE) Jóváhagyom _ fej. Patológiai Élettani Osztály, az orvostudományok doktora, professzor L.N. Rogova MÓDSZERTANI FEJLESZTÉS hallgatóknak gyakorlati órák lebonyolítására a Kórélettan, a fej-nyaki kórélettana szakterületen...”
„Szövetségi Oktatási Ügynökség Állami felsőoktatási felsőoktatási intézmény GORNO-ALTAJ ÁLLAMI EGYETEM Életbiztonsági, Anatómiai és Élettani Tanszék HUMAN Oktatási és módszertani komplexum A 020201 szakterületen tanuló hallgatók számára Biológia Gorno-Altaisk RIO Gorno-Altaisk Állami Egyetem 2009 Kiadó: a módszertani tanács határozata a Gorno-Altáj Állami Egyetem UDC 611; 591.4 BBK Szerzői..."
"Donyecki Állami Orvostudományi Egyetem. M. Gorkij Orvosi Kémiai Tanszék MÓDSZERTANI UTASÍTÁSOK az orvosi kémia gyakorlati óráihoz a nemzetközi orvosi kar elsőéves hallgatói számára. Donyeck - 2011 1 Módszertani utasításokat készítette: fej. tanszék, egyetemi docens Rozhdestvensky E.Yu. Sidun M.S. docens, idősebb tanár Pavlenko V.I., tanszéki asszisztensek Ignatieva V.V., Boytsova V.E., Busurina Z.A., Streletskaya L.P., Sidorenko L.M. Az irányelveket jóváhagyták...”
IRKUTSK ÁLLAMI ORVOSI EGYETEM Gyermekek és serdülők Városi Higiénés és Higiénés Tanszéke A GYERMEKLÁBBELI HIGIÉNIAI KÖVETELMÉNYEI (Oktatási és módszertani kézikönyv a gyermekgyógyászati kar hallgatói számára) Irkutszk, 2010 A gyermekcipők higiéniai követelményei I / Educational.Glovare módszertani cipők ., Popov I.P., Makarova L.I. - Irkutszk: IGMU Publishing House, 2010. Az oktatási kézikönyv a vezető szerkesztésében készült. Tanszék professzor Ignatieva L.P. Az osztály dolgozói..."
"A Belarusz Állami Egyetemi Biológiai Kar Biológiai és Állati Fiziológiai Tanszék A kétéltűek fejlesztése Az egyéni fejlődés biológiájának iránymutatásai a Biológiai Kar diákjai számára. , A . V. Sidorov A Biológiai Kar Akadémiai Tanácsának ajánlása 2007. április 10., 7. jegyzőkönyv Lektor: a biológiai tudományok kandidátusa, egyetemi docens S. V. Glushen...”
„Az oktatási folyamat biztosítása az engedélyezésre kért oktatási programok megvalósításához szükséges egyéb könyvtári és információs forrásokkal, oktatási folyamatot támogató eszközökkel Szakterület Szerző, név, megjelenés helye, kiadó, évfolyam Mennyiség Kiadott példányszám a szakot tanuló hallgatók számára. tudományág Általános orvostudomány 060101 Szülészet. orvostanhallgatók számára egyetemek Savelyeva, Obstetrics 537 432 Shalina, Sichinava, Panina, Kurtser. - M.: GEOTAR-Média, 2009...”
„Az Orosz Föderáció Egészségügyi Minisztériumának Volgográdi Állami Orvostudományi Egyetemének BIOLÓGIAI KÉMIAI ÉS MIKROBIOLÓGIAI TANSZÉK Az Állami Költségvetési Szakmai Felsőoktatási Intézmény Pjatigorszki fiókja E.G. DORKINA ÁLTALÁNOS MIKROBIOLÓGIA. 2. RÉSZ MIKROORGANIZMUSOK ÉLETTANA Módszertani utasítások 1. éves hallgatók önálló (tanórán kívüli) munkájához (nappali tagozat) a C2.B.11 tudományágban - MIKROBIOLÓGIA Pjatigorszk 2013 1 UDC...”
"SZÖVETSÉGI OKTATÁSI ÜGYNÖKSÉG ÁLLAMI SZAKMAI FELSŐOKTATÁSI INTÉZMÉNY VORONEZI ÁLLAMI EGYETEM A.T. Eprintsev, V.N. Popov, D.N. Fedorin A GÉNKIFEJEZÉS AZONOSÍTÁSA ÉS TANULMÁNYA Oktatási és módszertani kézikönyv egyetemek számára Voronyezsi Állami Egyetem Kiadói és Nyomdai Központja 2008 Jóváhagyta a Biológiai és Talajtudományi Kar Tudományos és Módszertani Tanácsa 2008. február 14-én, jegyzőkönyv sz. bíráló biológia doktora ...”
"ÁLLAMI SZAKMAI FELSŐOKTATÁSI INTÉZMÉNY KURSK ÁLLAMI ORVOSEGYETEM EGÉSZSÉGÜGYI MINISZTÉRIUMA GYÓGYSZERÉSZETI KAR BIOLÓGIAI KÉMIAI TANSZÉK GYÓGYSZERÉSZETI KÉZIKÖNYVEKÉRT GYÓGYSZERTÁR, KURSK LEVELEZÉSI OSZTÁLY - 2005 ETO: 54 :57 (072) BBK: 24:28 Y7 Megjelent a KSMU szerkesztői és kiadói tanácsának határozata alapján. Kézikönyv a biológiai kémia önálló tanulásához...”
"ÁLLAMI KÖLTSÉGVETÉSI OKTATÁSI INTÉZMÉNY AZ OROSZORSZÁG EGÉSZSÉGÜGYI ÉS SZOCIÁLPOLITIKAI MINISZTÉRIÁJÁNAK VOLGOGRÁDI ÁLLAMI ORVOSSZILÉSZEGYSÉGE OROSZORSZÁG) Jóváhagyom a fejet. Kórélettani Tanszék, az orvostudományok doktora, L. N. Rogova professzor MÓDSZERTANI FEJLESZTÉS a hallgatóknak gyakorlati órák lebonyolítására a Kórélettan, a fej és a nyak patofiziológiája szakterületen...”
„1 2 N. I. Fedyukovics EMBERI ANATÓMIA ÉS ÉLETTAN Az Orosz Föderáció Oktatási Minisztériuma tankönyvként hagyta jóvá az orvosi egyetemek hallgatói számára, akik a 0406 ápolási szakon tanulnak. I F 32 Emberanatómia és élettan: Tankönyv. Szerk. 2. - Rostov n/d: kiadó: Phoenix, 2003. - 416 p. A tankönyv a normál emberi anatómia és fiziológia kérdéseit fedi le, figyelembe véve...”
2. SZAKASZ
LABORATÓRIUMI GYAKORLATOK
1. sz. laboratóriumi munka
Élő és elhalt sejtek membránpermeabilitásának összehasonlítása
Gyakorlat: azonosítani az élő és elhalt sejtek membránpermeabilitása közötti különbségeket, és következtetéseket levonni e különbségek okairól.
Anyagok és felszerelések: kémcsövek, kémcsőállvány, szike, alkohollámpa vagy gázégő, 30%-os ecetsav oldat, cékla.
Működési eljárás
1. Az integumentáris szövet eltávolítása után a répa gyökerét kockákra vágjuk (kockaoldal 5 mm), és vízzel alaposan megmossuk, hogy eltávolítsuk a sérült sejtekből felszabaduló pigmentet.
2. Dobjon egy darab céklát három kémcsőbe. Az elsőbe és a másodikba 5 ml vizet, a harmadikba 5 ml 30%-os ecetsavoldatot öntünk. Az első kémcsövet kontrollra hagyjuk. A második tartalmát 2-3 percig forraljuk.
3. A répa gyökérsejtek vakuólumai betacianint tartalmaznak, egy pigmentet, amely színt ad a gyökérszövetnek. Az élő sejtek tonoplasztjai áthatolhatatlanok ennek a pigmentnek a molekulái számára. A sejtpusztulás után a tonoplaszt elveszti félig áteresztő tulajdonságát, áteresztővé válik, a pigmentmolekulák elhagyják a sejteket és színezi a vizet.
A második és harmadik kémcsőben, ahol a sejteket forralással vagy savval elpusztították, a víz elszíneződik, az első kémcsőben viszont színtelen marad.
4. Írja le megfigyelései eredményét!
2. sz. laboratóriumi munka
Turgor, plazmolízis és deplazmolízis
Gyakorlat: mikroszkóp alatt tanulmányozza a kékhagyma epidermális sejtjeiben a turgor, plazmolízis és deplazmolízis jelenségeit.
Anyagok és felszerelések: mikroszkópok, boncoló berendezések, szeszes lámpák, kékhagyma, répagyökér, 30%-os cukoroldat, 5-8%-os kálium-nitrát oldat.
Működési eljárás
1. Készítsen egy lapos metszetet egy kékhagyma hámrétegéből, és helyezze egy tárgylemezre egy csepp vízbe.
2. Fedje le a cseppet fedőlemezzel, és mikroszkóppal figyelje meg a sejteket turgor állapotban.
3. Vegyünk egy csepp 30%-os cukoroldatot, és helyezzük a fedőlemez mellé.
4. A szűrőpapírt a fedőüveg másik végéhez érintve cserélje ki a készítményben lévő vizet cukoroldattal.
5. Ismételje meg a mikroszkóp alatti megfigyelést. Ha a plazmolízis még nem észlelhető, ismételje meg a víz cukoroldattal való helyettesítését.
Mikroszkóp alatt jól látható lesz a plazmolízis az élő epidermális sejtekben.
6. Végezze el a kísérletet fordított sorrendben, azaz engedje vissza ismét a vizet, és figyelje meg a deplazmolízis jelenségét.
7. Rajzoljon sejteket turgor, plazmolízis és deplazmolízis állapotában.
8. Annak bizonyítására, hogy a plazmolízis és a deplazmolízis csak élő sejtekben fordul elő, végezzünk párhuzamosan egy ilyen kísérletet. Tartsa a hagyma epidermisz egyik szakaszát egy csepp vízben alkohollámpa lángja fölött, hogy elpusztítsa a sejteket. Ezután alkalmazzon cukoroldatot, és ellenőrizze, hogy megtörténik-e a plazmolízis.
A leírt tapasztalat lehetővé teszi, hogy nemcsak a turgor, a plazmolízis és a deplazmolízis folyamataival ismerkedjen meg, hanem a sejtbe jutó anyagok (jelen esetben az oldatból származó cukormolekulák) folyamatával is.
A répa gyökérsejtekben a plazmolízis és deplazmolízis jelenségeinek tanulmányozásakor az eljárás ugyanaz, de a cukoroldat helyett jobb 5% -os kálium-nitrát-oldatot használni.
3. sz. laboratóriumi munka
A transzspiráció meghatározása gravimetriás módszerrel
Gyakorlat: gravimetriás módszerrel határozzuk meg a növény által egy bizonyos idő alatt elpárologtatott víz mennyiségét.
Anyagok és felszerelések: mérlegek, súlyok, olló, edények, állvány, élő növények.
Működési eljárás
1. Helyezze az U alakú csövet egy állványra, és öntsön bele vizet. Vágjunk le egy levelet a növényről (vagy egy kétlevelű kis ágat), és egy vattadugóval rögzítsük az egyik lábához (a vattadugó ne érjen a vízhez, különben a víz elpárolog rajta). A másik könyököt gumi- vagy műanyagdugóval zárjuk le (ha nincs ilyen, akkor vegyünk egy egyszerű kémcsövet, és töltsük fel a víz felszínét növényi olajjal, hogy megakadályozzuk a párolgást).
2. Mérje le a készüléket és egyidejűleg egy vízzel töltött kis kristályosítót. Helyezze a készüléket és a kristályosítót az ablakra.
3. 1-2 óra elteltével mérje le újra. A tömeg mindkét esetben csökken, ahogy a víz elpárolog.
4. sz. laboratóriumi munka
Sztóma mozgásának megfigyelése
Gyakorlat: figyelje meg a sztóma mozgásait, magyarázza el a sztómamozgások okát, vázolja fel a sztómákat vízben és 5-ös oldatokban
20%-
megy a glicerin.
A munka célja: figyelje meg a sztóma mozgását vízben és glicerinoldatban.
Anyagok és felszerelések: glicerin oldatok (5 és 20%), 1 M szacharóz oldat, mikroszkópok, tárgylemezek és fedőüvegek, boncolótűk, szűrőpapír, palackok, bármilyen növény levelei.
Működési eljárás
1. Készítse elő a levél alsó epidermiszének több szakaszát, és helyezze 2 órára 5%-os glicerines oldatba. A glicerin behatol a védősejtek vakuólumaiba, csökkenti azok vízpotenciálját, és ezáltal növeli a vízfelvevő képességüket. A metszeteket ugyanabban az oldatban egy tárgylemezre helyezzük, feljegyezzük a cellák állapotát és vázlatosan elkészítjük azokat.
2. Cserélje ki a glicerint vízzel, szűrőpapírral húzza ki az üveg alól. Ebben az esetben a sztóma rések megnyílását figyeljük meg. Rajzolja le a gyógyszert.
3. Cserélje ki a vizet erős ozmotikus szerrel - 20%-os glicerinoldattal vagy 1M szacharózoldattal. Megfigyelhető a sztómák záródása.
4. vonjon le következtetéseket.
5. sz. laboratóriumi munka
A fotoszintézis termékei
Gyakorlat: tanulmányozza az elsődleges keményítő képződésének folyamatát a levelekben.
Anyagok és felszerelések: alkoholos lámpák, vízfürdők, olló, villanytűzhelyek, 200-300 W-os izzólámpák, edények, élő növények (tök, bab, pelargónium, kankalin stb.), etilalkohol, kálium-jodidos jódoldat.
Működési eljárás
1. Keményítőpróbával igazolja, hogy a fotoszintézis során keményítő képződik!
A jól öntözött növényt 2-3 napig sötét helyen kell elhelyezni. Ezalatt az idő alatt asszimilátumok távoznak a levelekből. Sötétben nem tud új keményítő képződni.
Ahhoz, hogy kontrasztot kapjunk a fotoszintézis folyamatából, a levél egy részét sötétíteni kell. Ehhez használhat egy fotónegatívot vagy két egyforma fényálló képernyőt, rögzítve azokat felül és alul. A képernyőn megjelenő képek (kivágások) nagyon eltérőek lehetnek.
A laptól 0,5 m távolságra egy 200-300 W-os izzólámpát helyezünk el. Egy-két óra elteltével a lapot a fent leírtak szerint kell feldolgozni. Kényelmesebb ezt egy lapos tányéron megtenni. Ezzel egyidejűleg a folyamatosan sötéten maradt lapot feldolgozzuk.
A fénynek kitett részek kék színűek, míg a többi sárga színű.
Nyáron módosíthatja a kísérletet - takarjon le több levelet a növényre, és tegyen rájuk megfelelő kivágásokkal ellátott fekete, átlátszatlan papírzacskókat; két-három nap elteltével, napsütéses nap végén vágja le a leveleket, forralja fel először vízben, majd fehérítse alkohollal, és kezelje kálium-jodidos jódos oldattal. A levelek elsötétült részei világosak, a megvilágított területek feketék lesznek.
Egyes növényekben (például a hagymában) a fotoszintézis elsődleges terméke nem a keményítő, hanem a cukor, így ezekre a keményítőteszt nem alkalmazható.
2. Írja le megfigyelései eredményét!
6. sz. laboratóriumi munka
Pigmentek kinyerése a levelek alkoholos kivonataiból
és felosztásuk
Gyakorlat: alkoholos kivonatot szerezzen a pigmentekből, különítse el őket és ismerkedjen meg a pigmentek alapvető tulajdonságaival.
Anyagok és felszerelések: olló, mozsár és mozsártörő, állványok kémcsövekkel, edények, alkohollámpák, vízfürdők, friss vagy száraz levelek (csalán, aspidistra, borostyán vagy más növények), etil-alkohol, benzin, 20%-os NaOH (vagy KOH) oldat, száraz kréta , homok.
Működési eljárás
1. Tegye tiszta mozsárba ollóval összetört száraz leveleket, adjon hozzá egy kis krétát, hogy semlegesítse a sejtnedv savait. A masszát mozsártörővel alaposan megőröljük, etil-alkoholt (100 cm 3) adunk hozzá, majd az oldatot szűrjük.
A kapott klorofill kivonat fluoreszcenciás: áteresztő fényben zöld, visszavert fényben cseresznyepiros.
2. Válasszuk szét a pigmenteket a Kraus módszerrel.
Ehhez 2-3 cm3 kivonatot kell önteni egy kémcsőbe, és hozzá kell adni másfél térfogat benzint és 2-3 csepp vizet; akkor meg kell rázni a kémcsövet, és meg kell várni, amíg két réteg válik jól láthatóvá - benzin a tetején, alkohol az alján. Ha nem történik szétválás, adjon hozzá több benzint, és ismét rázza meg a kémcsövet.
Ha zavarosság jelenik meg, adjunk hozzá egy kevés alkoholt.
Mivel a benzin nem oldódik alkoholban, a tetejére kerül. A felső réteg zöld színe azt jelzi, hogy a klorofill átkerült a benzinbe. Emellett a karotin is oldódik a benzinben. Lent, az alkoholban xantofil marad. Az alsó réteg sárga.
Az oldat leülepedése után két réteg képződik. A klorofill elszappanosítása következtében az alkoholok kiürülnek és a klorofillin nátriumsója képződik, amely a klorofilltól eltérően nem oldódik a benzinben.
A jobb elszappanosítás érdekében a hozzáadott NaOH-t tartalmazó kémcsövet forrásban lévő vizes vízfürdőbe helyezhetjük, és amint az oldat felforr, eltávolítjuk. Ezt követően benzint adunk hozzá. A karotin és a xantofil (a színe sárga lesz) a benzinrétegbe (felső), a klorofillsav nátriumsója pedig az alkoholrétegbe kerül.
7. sz. laboratóriumi munka
Növényi légzés észlelése
Gyakorlat: bizonyítsd be, hogy CO 2 szabadul fel, amikor a növények lélegeznek, vázolj fel egy eszközt, amely CO 2 felszabadulásával segít a légzés észlelésében, írj feliratokat a rajzhoz.
Anyagok és felszerelések: 2 db 300-400 ml űrtartalmú üvegedény, 2 db gumikémcső tölcsér és cső számára lyukakkal, 2 db tölcsér, 2 db 18-20 cm hosszú és 4-5 mm „P” betű alakban ívelt üvegcső átmérőjű, 2 kémcső, főzőpohár, Ba(OH)2 oldat, csíráztatott búza, napraforgó, kukorica, borsó, stb.
Működési eljárás
1. Öntsön 50-60 g csíráztatott magot egy üvegedénybe, zárja le szorosan egy dugóval, amelybe egy tölcsért és egy íves üvegcsövet helyezünk, és ezalatt 1-1,5 órán keresztül hagyja állni a légzés hatására a magvak közül a szén-dioxid felhalmozódik az edényben. A levegőnél nehezebb, ezért a doboz alján koncentrálódik, és nem tölcséren vagy csövön keresztül jut a légkörbe.
2. Ezzel egyidejűleg vegyünk egy mag nélküli kontrolledényt, azt is zárjuk le tölcsérrel és üvegcsővel ellátott gumidugóval és helyezzük az első tégely mellé.
3. Az üvegcsövek szabad végeit két kémcsőbe engedjük le baritvízzel. Fokozatosan elkezdenek vizet önteni mindkét üvegbe tölcséren keresztül. A víz kiszorítja a dobozokból a CO 2 -vel dúsított levegőt, amely a Ba(OH) 2 oldattal a kémcsövekbe kerül. Ennek eredményeként a baritvíz zavarossá válik.
4. Hasonlítsa össze a Ba(OH) 2 zavarossági fokát mindkét kémcsőben.
8. sz. laboratóriumi munka
A légzés intenzitásának meghatározása Conway csészékben
Gyakorlat: végezzen kísérletet és számítsa ki a vizsgált tárgyak légzési intenzitását a kísérlet változataitól függően.
Anyagok és felszerelések: Conway-csészék, vazelin, büretták, állványok, szűrőpapír, ollók, mérlegek, súlyok, reagensek: 0,1 N Ba(OH) 2 ; 0,1 N HCl, fenolftalein, minden palánta és kifejlett növény vagy szerveik.
Működési eljárás
1. A Conway-csészéket a kísérlet előtt kalibráljuk, azonos térfogatúnak kell lenniük a kontroll és a kísérleti változatok esetében. Mindegyik kísérleti változatot három párhuzamosban hajtjuk végre.
2. A Conway csésze külső körébe 0,5-1,0 g tömegű növényi anyagmintát helyezünk. A belső hengerbe 1 vagy 2 ml 0,1 N Ba(OH) 2-t öntünk őrölt fedelet (úgy, hogy a fedélen a csésze vékony részének átlátszó körvonala jelenjen meg), és 20-40 percre sötétbe helyezzük (a zöld növényi szövetekben a fotoszintézis kizárására). Az expozíció során a Conway-csészében felgyülemlett szén-dioxid reakcióba lép a bárium-hidroxiddal:
CO 2 + Ba(OH) 2 = BaCO 3 + H 2 O.
A Ba(OH)2 feleslegét 0,1 N sósavval titráljuk fenolftalein ellen, amíg a rózsaszín el nem tűnik.
3. A kísérletivel egy időben helyezzen be egy kontroll Conway csészét (minta nélkül). Ugyanolyan térfogatú 0,1 N Ba(OH) 2-oldatot öntünk bele, becsiszolt fedéllel lezárjuk és a tesztpohár mellett hagyjuk. A bárium-hidroxid ebben a csészében reagál a szén-dioxiddal, amely eredetileg a levegőben volt a térfogatában. A felesleges baritot titráljuk.
4. A kontroll- és kísérleti edényekben a feleslegben lévő Ba(OH)2 titrálására használt sósavoldat térfogatának különbsége alapján kiszámítjuk a légzésintenzitást (I.D.):
Mg CO 2 /(g∙h),
ahol V HC1k a 0,1 N HC1 térfogata, amelyet a Ba(OH) 2 feleslegének titrálására használtak a kontrollpohárban; V HC1op - 0,1 N HC1 térfogata, a feleslegben lévő Ba(OH) 2 titrálására használt tesztedényben; R- minta tömege, g;
t - idő, h; 2,2 a HC1 konverziós tényezője CO 2 -re (1 ml 0,1 N HC1 vagy Ba(OH) 2 2,2 mg CO 2 -nek felel meg).
9. sz. laboratóriumi munka
A különböző elemek jelentése a növények számára
Gyakorlat: tanulmányozza a különféle ásványi elemek fontosságát az Aspergillus gomba növekedésében.
Anyagok és felszerelések: mérleg, termosztát, vattadugók, szűrők, öt 100 cm 3 -es lombik, kémcsövek, pipetta, két pohár, tölcsér, ásványi sók, szacharóz, szerves sav (citromsav), az Aspergillus gomba burgonya- vagy kenyérdarabokon termesztett kultúrája 3-4 nap.
Működési eljárás
1. Gombát termesztünk tápanyagkeverékekkel.
Megállapítást nyert, hogy az Aspergillusnak megközelítőleg ugyanazok az ásványi táplálékigényei, mint a magasabb rendű növényeknek. Az ásványi elemek közül a gombának nem csak kalciumra van szüksége. A tápanyagkeverékeket 100 cm 3 -es lombikokban készítjük, és meghatározott séma szerint állítjuk össze (1. táblázat).
A lombik számozása megfelel a kísérleti változatok számozásának. A kísérlet eredményeit az alábbiakban írjuk le.
Asztal 1
Táplálkozási keverékek készítésének sémája
Anyagok | Koncentráció | Az anyag mennyisége (ml-ben) lombikban |
||||
1. szám - teljes keverék | 2. sz. – N nélkül | 3. sz. - P nélkül | 4. sz. - K nélkül | 5. szám - ásványi anyagok nélkül |
||
Szacharóz Citromsav | ||||||
eredmények Micélium tömeg, g | ||||||
A citromsav hozzáadásával olyan savas környezetet alakítanak ki, amely kedvező az aspergillus számára, de gátolja más mikroorganizmusok fejlődését.
2. Egy kémcsőbe vagy lombikba öntsünk steril vizet, és helyezzük bele a steril hurokkal felvett gomba micéliumot, a tartalmát ujjaink vagy tenyereink között forgatva keverjük meg.
Pipettázza a kapott szuszpenziót az összes lombikba steril pipettával.
Zárja le a lombikokat vattadugóval, és helyezze termosztátba 30-35 °C hőmérsékleten. A megfigyelésre egy hét múlva kerül sor.
A kísérlet lényege, hogy a különféle tápkeverékeken termesztett gomba micélium tömegének meghatározásával megtudható az egyes elemek iránti igény.
3. Mérjük le, ehhez veszünk két tiszta poharat, egy tölcsért és több egyforma papírszűrőt. Mérjünk le egy főzőpoharat (1. sz.) egy tölcsérrel és szűrővel, és jegyezzük fel a tömeget. Ezután helyezze a tölcsért egy másik pohárba (2. sz.), vigye át a gombás micéliumot az első lombikból a szűrőbe, öblítse le vízzel, majd a víz kifolyása után helyezze vissza a tölcsért az 1. számú üvegbe. Mérje meg újra. Nyilvánvaló, hogy az eredmény jobb lesz, mivel gomba micéliumot adtunk hozzá.
Oktatási és módszertani kézikönyv... - Balashov: Nikolaev, 2007. - 48 p. ISBN 978-5-94035-300-3 V oktatási szempontból-módszereselőnyöket a módszerek körvonalazódnak... fiziológianövények: tankönyv juttatás/ szerk. V. B. Ivanova. - Akadémia, 2001. - 144 p. Zanina, M. A. Fiziológianövények: oktatási módszer. juttatás ...
Képzési és módszertani komplexum
... Nevelési-módszeresösszetett Balashov... 'érzés', fiziológia görögből... kiképzés alstílus be nevelési irodalom számára nevelési módszertanielőnyöket... És növényekÉs... 2005 van ...
A TUDOMÁNYOS BESZÉD ELMÉLETE ÉS GYAKORLATA Speciális kurzus nem humanitárius szakok számára az egyetemeken Oktatási és módszertani komplexum Balashov - 2008
Képzési és módszertani komplexum... Nevelési-módszeresösszetett Balashov... 'érzés', fiziológia görögből... kiképzés alstílus be nevelési irodalom számára nevelési különböző típusú intézmények, címtárak, módszertanielőnyöket... És növényekÉs... 2005 G.). Ezt még nem csináltuk van ...
Oktatási és módszertani komplexum (219)
Oktatási és módszertani kézikönyvFelszerelés ( növények, gyűjtemények... őketnevelési ... fiziológia... G.Yu. Ígéretes iskolai technológiák: oktatási szempontból-módszeresjuttatás/G.Yu. Ksenzova. - M.: ... 288 P. 6. Balashov, M. Didaktikus játék... - 22. sz. – 2005 . Pedagógia: tankönyv. juttatás/ szerk. P. ...
Bevezetés 2
1.Alapvető tények a sejtmembrán szerkezetéről 3
2. Általános ötletek az áteresztőképességről 4
3. Molekulák átvitele a membránon keresztül 4
3.1. Diffúzió 5
3.2 Fick 6-os egyenlete
3.3 Passzív szállítás 7
3.3.1 A könnyített és az egyszerű diffúzió közötti különbségek 8
4. Darcy törvénye 8
5. Aktív közlekedés 9
6. Az ioncsatornák felépítése és funkciói 11
Következtetés 15
Hivatkozások 17
BEVEZETÉS
A membrántranszport az anyagok sejtmembránon keresztül történő szállítása a sejtbe vagy onnan kifelé, különféle mechanizmusok segítségével - egyszerű diffúzió, megkönnyített diffúzió és aktív transzport.
A biológiai membrán legfontosabb tulajdonsága, hogy képes különféle anyagokat bejuttatni a sejtbe és onnan ki. Ennek nagy jelentősége van az önszabályozás és az állandó sejtösszetétel fenntartása szempontjából. A sejtmembránnak ezt a funkcióját a szelektív permeabilitás miatt látják el, pl. az a képesség, hogy egyes anyagokat átengedünk, másokat nem. Az alacsony molekulatömegű nempoláris molekulák (oxigén, nitrogén, benzol) jutnak át legkönnyebben a lipid kettősrétegen. A kis poláris molekulák, mint például a szén-dioxid, a nitrogén-oxid, a víz és a karbamid, meglehetősen gyorsan behatolnak a lipid kettős rétegen. Az etanol és a glicerin, valamint a szteroidok és a pajzsmirigyhormonok észrevehető sebességgel haladnak át a lipid kettős rétegen. A nagyobb poláris molekulák (glükóz, aminosavak), valamint az ionok számára a lipid kettősréteg gyakorlatilag át nem eresztő, mivel a belseje hidrofób. Így víz esetében a permeabilitási együttható (cm/s) körülbelül 10-2, glicerinnél 10-5, glükóznál 10-7, egyértékű ionoknál pedig 10-10-nél kisebb.
A nagy poláris molekulák és ionok átvitele a csatornafehérjéknek vagy a hordozófehérjéknek köszönhető. Így a sejtmembránokban vannak csatornák a nátrium-, kálium- és klórionok számára, sok sejt membránjában akvaporin vízcsatornák, valamint hordozófehérjék a glükóz, különböző aminosavcsoportok és sok ion számára. Aktív és passzív szállítás.
A membránok alkotják a sejt szerkezetét és látják el annak funkcióit. A sejt- és intracelluláris membránok funkcióinak megzavarása visszafordíthatatlan sejtkárosodás hátterében, és ennek következtében súlyos szív- és érrendszeri, idegrendszeri és endokrin betegségek kialakulásában áll.
1. Alapvető tények a sejtmembrán szerkezetéről.
A sejtmembránok közé tartozik a plazmamembrán, a kariolemma, a mitokondriumok membránja, az ER, a Golgi-készülék, a lizoszómák és a peroxiszómák. Valamennyi sejtmembrán közös jellemzője, hogy vékony (6-10 nm) lipoprotein jellegű (lipidek fehérjékkel komplexben) rétegei. A sejtmembránok fő kémiai összetevői a lipidek (40%) és a fehérjék (60%); emellett számos membránban találtak szénhidrátot (5-10%).
A plazmamembrán körülvesz minden sejtet, meghatározza annak méretét, és fenntartja a különbséget a sejt tartalma és külső környezete között. A membrán rendkívül szelektív szűrőként szolgál, és felelős az anyagok aktív szállításáért, vagyis a tápanyagok sejtbe jutásáért és a káros salakanyagok eltávolításáért. Végül a membrán felelős a külső jelek észleléséért, és lehetővé teszi a sejt számára, hogy reagáljon a külső változásokra. Minden biológiai membrán lipid- és fehérjemolekulák együttese, amelyeket nem kovalens kölcsönhatások tartanak össze.
Bármely molekula membrán alapja lipidmolekulákból áll, amelyek kettős réteget alkotnak. A lipidek közé tartozik a szerves anyagok nagy csoportja, amelyek vízben rosszul oldódnak (hidrofób) és jól oldódnak szerves oldószerekben és zsírokban (lipofilitás). A lipidek összetétele a különböző membránokban nem azonos. Például a plazmamembrán az endoplazmatikus retikulum és a mitokondrium membránjaitól eltérően koleszterinben gazdag. A sejtmembránokban található lipidek tipikus képviselői a foszfolipidek (glicerofoszfatidok), a szfingomielinek és a szteroid lipidek - koleszterin.
A lipidek sajátossága, hogy molekuláik két funkcionálisan különböző részre oszlanak: hidrofób, nem poláris, nem töltést hordozó, zsírsavakból álló („farok”) és hidrofil, töltött poláris „fejekre”. Ez határozza meg a lipidek azon képességét, hogy spontán kétrétegű (bilipid) membránstruktúrákat képezzenek 5-7 nm vastagságban.
Az első kísérleteket, amelyek ezt megerősítették, 1925-ben végezték.
A kettős réteg kialakulása a lipidmolekulák sajátos tulajdonsága, és még a sejten kívül is előfordul. A kettős réteg legfontosabb tulajdonságai: önszerveződési képesség - folyékonyság - aszimmetria.
2. Általános elképzelések az áteresztőképességről.
A membránok, az érfalak és a hámsejtek jellemzői, amelyek tükrözik a vegyi anyagok vezetőképességét; megkülönböztetni az aktív (aktív anyagok transzportját) és a passzív P.-t (fagocitózis).
3. Molekulák átvitele a membránon keresztül.
Mivel a lipidréteg belseje hidrofób, gyakorlatilag áthatolhatatlan gátat jelent a legtöbb poláris molekula számára. Ennek a gátnak a jelenléte miatt a sejttartalom kiszivárgása megakadályozható, de emiatt a sejt kénytelen volt speciális mechanizmusokat létrehozni a vízben oldódó anyagok membránon való átszállítására. A kis vízoldható molekulák átvitele speciális transzportfehérjék segítségével történik. Ezek speciális transzmembrán fehérjék, amelyek mindegyike specifikus molekulák vagy rokon molekulacsoportok szállításáért felelős.
A sejtek olyan mechanizmusokkal is rendelkeznek, amelyek makromolekulákat (fehérjéket) és még nagy részecskéket is szállítanak a membránon keresztül. A makromolekulák sejt általi felvételének folyamatát endocitózisnak nevezik. Általánosságban elmondható, hogy előfordulásának mechanizmusa a következő: a plazmamembrán lokális területei invaginálódnak és záródnak, endocitikus vezikulát képezve, majd az abszorbeált részecske rendszerint bejut a lizoszómákba és lebomlik.
3.1 A diffúzió (latinul diffusio - szétterítés, terjesztés, szétszóródás) az anyag vagy energia átvitelének folyamata egy nagy koncentrációjú területről egy alacsony koncentrációjú területre (a koncentráció gradiensével szemben). A diffúzió leghíresebb példája a gázok vagy folyadékok keveredése (ha tintát csepegtetünk vízbe, a folyadék egy idő után egyenletes színűvé válik). Egy másik példa szilárd testre vonatkozik: ha a rúd egyik végét felmelegítjük vagy elektromosan töltjük, a meleg (vagy ennek megfelelően az elektromos áram) átterjed a forró (töltött) részről a hideg (töltetlen) részre. Fémrúd esetén a hődiffúzió gyorsan fejlődik, és az áram szinte azonnal folyik. Ha a rúd szintetikus anyagból készül, akkor a termikus diffúzió lassú, az elektromosan töltött részecskék diffúziója pedig nagyon lassú. A molekulák diffúziója általában még lassabb. Például, ha egy darab cukrot teszünk egy pohár víz aljára, és a vizet nem keverjük, több hétbe telhet, amíg az oldat homogénné válik. Az egyik szilárd anyag diffúziója a másikba még lassabban megy végbe. Például, ha a rezet arannyal vonják be, akkor az arany diffúziója a rézbe megy végbe, de normál körülmények között (szobahőmérséklet és légköri nyomás) az aranyat hordozó réteg csak több ezer év múlva éri el a több mikrométer vastagságát.
A diffúzió minden típusa ugyanazoknak a törvényeknek engedelmeskedik. A diffúzió sebessége arányos a minta keresztmetszeti területével, valamint a koncentrációk, hőmérsékletek vagy töltések különbségével (a paraméterek viszonylag kis értékei esetén). Így a hő négyszer gyorsabban terjed egy két centiméter átmérőjű rúdon keresztül, mint egy centiméter átmérőjű rúdon keresztül. Ez a hő gyorsabban terjed, ha a hőmérsékletkülönbség egy centiméteren 10°C 5°C helyett. A diffúzió sebessége is arányos az adott anyagot jellemző paraméterrel. Hődiffúzió esetén ezt a paramétert elektromos töltések áramlása esetén elektromos vezetőképességnek nevezzük. Az adott idő alatt kidiffundáló anyag mennyisége és a diffundáló anyag által megtett távolság arányos a diffúziós idő négyzetgyökével.
A diffúzió molekuláris szintű folyamat, és az egyes molekulák mozgásának véletlenszerű természete határozza meg. A diffúzió sebessége tehát arányos a molekulák átlagos sebességével. Gázok esetén a kis molekulák átlagos sebessége nagyobb, vagyis fordítottan arányos a molekula tömegének négyzetgyökével, és a hőmérséklet emelkedésével növekszik. A magas hőmérsékletű szilárd anyagok diffúziós folyamatai gyakran gyakorlati alkalmazást nyernek. Például bizonyos típusú katódsugárcsövek (CRT) tórium fémet használnak, amelyet 2000 °C-on volfrám fémen keresztül diffundálnak.
3.2 Fick-egyenlet
A legtöbb gyakorlati esetben a C koncentrációt használjuk a kémiai potenciál helyett µ C-vel való közvetlen helyettesítése nagy koncentrációk esetén helytelenné válik, mivel a kémiai potenciál logaritmikus törvény szerint kapcsolódik a koncentrációhoz. Ha nem vesszük figyelembe az ilyen eseteket, akkor a fenti képlet helyettesíthető a következővel:
amely azt mutatja, hogy a J anyag fluxussűrűsége arányos a D diffúziós együtthatóval és a koncentráció gradienssel. Ez az egyenlet fejezi ki Fick első törvényét (Adolph Fick német fiziológus, aki 1855-ben megállapította a diffúzió törvényeit). Fick második törvénye a koncentráció térbeli és időbeli változásaira vonatkozik (diffúziós egyenlet):
A D diffúziós együttható a hőmérséklettől függ. Számos esetben széles hőmérsékleti tartományban ez a függés az Arrhenius-egyenletet képviseli.
A diffúziós folyamatok nagy jelentőséggel bírnak a természetben:
Állatok és növények táplálkozása, légzése;
Az oxigén behatolása a vérből az emberi szövetekbe.
3.3 Passzív szállítás
A passzív transzport az anyagok átvitele nagy elektrokémiai potenciállal rendelkező helyekről alacsonyabb értékű helyekre.
A mesterséges lipid kettősrétegekkel végzett kísérletek során azt találták, hogy minél kisebb a molekula és minél kevesebb hidrogénkötés alakul ki benne, annál gyorsabban diffundál át a membránon. Tehát minél kisebb a molekula és minél zsírban oldódóbb (hidrofób vagy nem poláris), annál gyorsabban hatol be a membránon. Az anyagok diffúzióját a lipid kettősrétegen keresztül a membrán koncentrációgradiense okozza. A lipidben oldhatatlan anyagok és a vízben oldódó hidratált ionok molekulái (amelyeket vízmolekulák vesznek körül) lipid- és fehérjepórusokon keresztül hatolnak be a membránon. A kis nem poláris molekulák könnyen oldódnak és gyorsan diffundálnak. A kis méretű, töltetlen poláris molekulák szintén oldhatók és diffúzok.
Fontos, hogy a víz nagyon gyorsan behatoljon a lipid kettős rétegbe annak ellenére, hogy zsírokban viszonylag oldhatatlan. Ez annak köszönhető, hogy molekulája kicsi és elektromosan semleges.
Az ozmózis a vízmolekulák előnyben részesített mozgása féligáteresztő membránokon (az oldott anyag számára át nem eresztő és vízáteresztő) az alacsonyabb oldottanyag-koncentrációjú helyekről a magasabb koncentrációjú helyekre. Az ozmózis lényegében a víz egyszerű diffúziója magasabb vízkoncentrációjú helyekről alacsonyabb vízkoncentrációjú helyekre. Az ozmózis számos biológiai jelenségben nagy szerepet játszik. Az ozmózis jelensége a vörösvértestek hemolízisét okozza hipotóniás oldatokban.
Tehát a membránok lehetővé teszik a víz és a nem poláris molekulák átjutását egyszerű diffúzión keresztül.
3.3.1 A könnyített és az egyszerű terjesztés közötti különbségek:
1) az anyag átvitele hordozó részvételével sokkal gyorsabban megy végbe;
2) a könnyített diffúziónak telítési tulajdonsága van: a membrán egyik oldalán növekvő koncentrációval az anyag fluxussűrűsége csak egy bizonyos határig növekszik, amikor az összes hordozómolekula már foglalt;
3) elősegített diffúzió mellett verseny figyelhető meg a szállított anyagok között olyan esetekben, amikor a hordozó különböző anyagokat szállít; Ezenkívül egyes anyagok jobban tolerálhatók, mint mások, és egyes anyagok hozzáadása megnehezíti mások szállítását; Így a cukrok közül a glükóz jobban tolerálható, mint a fruktóz, a fruktóz a xilóznál, a xilóz pedig az arabinóznál stb. stb.;
4) vannak olyan anyagok, amelyek gátolják a megkönnyített diffúziót - erős komplexet képeznek a hordozó molekulákkal, például a phloridzin gátolja a cukrok transzportját a biológiai membránon keresztül.
4. Darcy törvénye
Darcy törvénye (Henri Darcy, 1856) - a folyadékok és gázok porózus közegben történő szűrésének törvénye. Kísérleti úton szerezték be. Kifejezi a folyadékszűrési sebesség függését a nyomásgradienstől:
ahol: - szűrési sebesség, K - szűrési együttható, - nyomásgradiens. A Darcy-törvény több mérési rendszerhez kapcsolódik. Egy 1 Darcy (D) permeabilitású közeg 1 cm³/s 1 cp (mPa s) viszkozitású folyadék vagy gáz áramlását teszi lehetővé 1 atm/cm nyomásgradiens mellett, 1 db területen. cm². 1 millidarcy (mD) egyenlő 0,001 Darcy-val.
Az SI mérési rendszerben 1 Darcy 9,869233×10-13 m²-nek vagy 0,9869233 µm²-nek felel meg. Ez az átalakítás általában 1 µm². Meg kell jegyezni, hogy ez a szám az 1,013250 reciproka - az atmoszférák és a bárok közötti átváltási tényező.
Transzport a lipid kettős rétegen keresztül (egyszerű diffúzió) és transzport membránfehérjék részvételével
5. Aktív szállítás
Más hordozófehérjék (néha pumpafehérjéknek is nevezik) energiát használva szállítanak anyagokat a membránon keresztül, amelyet általában az ATP hidrolízise biztosít. Ez a fajta transzport a szállított anyag koncentráció-gradiensével szemben történik, és aktív transzportnak nevezzük.
Simport, antiport és uniport
Az anyagok membrántranszportja mozgásuk irányában és az adott hordozó által szállított anyagok mennyiségében is különbözik:
1) Uniport - egy anyag szállítása egy irányba a gradienstől függően
2) Symport - két anyag szállítása egy irányba egy hordozón keresztül.
3) Antiport - két anyag mozgása különböző irányban egy hordozón keresztül.
Az Uniport például egy feszültségfüggő nátriumcsatornát hajt végre, amelyen keresztül nátriumionok jutnak be a sejtbe az akciós potenciál létrehozása során.
A tüneteket a bélhámsejtek külső (a bél lumen felé néző) oldalán található glükóz transzporter végzi. Ez a fehérje egyidejűleg befog egy glükózmolekulát és egy nátriumiont, és a konformációt megváltoztatva mindkét anyagot a sejtbe juttatja. Ez az elektrokémiai gradiens energiáját használja fel, amely viszont az ATP nátrium-kálium ATPáz általi hidrolízise következtében jön létre.
Az antiportot például nátrium-kálium-ATPáz (vagy nátrium-függő ATPáz) végzi. Káliumionokat szállít a sejtbe. a sejtből pedig - nátriumionok.
A nátrium-kálium ATPáz munkája az antiport és az aktív transzport példájaként
Kezdetben ez a transzporter három Na + iont kapcsol a membrán belső oldalához. Ezek az ionok megváltoztatják az ATPáz aktív helyének konformációját. Ilyen aktiválás után az ATPáz képes egy ATP-molekulát hidrolizálni, és a foszfátion a membrán belsejében lévő transzporter felületén rögzül.
A felszabaduló energiát az ATPáz konformációjának megváltoztatására fordítják, ami után három Na + ion és egy ion (foszfát) kerül a membrán külső felületére. Itt a Na + ionok szétválnak, és helyükre két K + ion lép. Ekkor a hordozó konformációja az eredetire változik, és a K+-ionok a membrán belső oldalára kerülnek. Itt a K+-ionok leváltak, és a transzporter újra használatra kész.
Röviden, az ATPáz működése a következőképpen írható le:
1) Három Na + iont „kivesz” a sejt belsejéből, majd felhasítja az ATP molekulát és foszfátot ad hozzá
2) „Kidobja” a Na + ionokat és két K + iont köt a külső környezetből.
3) Leválasztja a foszfátot, két K+ iont engedve a sejtbe
Ennek eredményeként az extracelluláris környezetben magas koncentrációjú Na + ionok, a sejten belül pedig nagy koncentrációjú K + ionok jönnek létre. A Na +, K + -ATPáz munkája nemcsak koncentráció-, hanem töltéskülönbséget is hoz létre (elektrogén szivattyúként működik). A membrán külső oldalán pozitív, a belsejében negatív töltés jön létre.
6. Ioncsatornák felépítése és funkciói.
Az ingerelhető membránmodell feltételezi a kálium- és nátriumionok szabályozott transzportját a membránon keresztül. Azonban egy ion közvetlen átjutása a lipid kettősrétegen nagyon nehéz, ezért az ionfluxus sűrűsége nagyon alacsony lenne, ha az ion közvetlenül a membrán lipidfázisán haladna át. Ez és számos más megfontolás okot adott annak feltételezésére, hogy a membránnak tartalmaznia kell néhány speciális szerkezetet - vezető ionokat.
Ilyen struktúrákat találtak és ioncsatornáknak neveztek. Hasonló csatornákat izoláltak különböző objektumokból: a sejtek plazmamembránjából, az izomsejtek posztszinaptikus membránjából és más tárgyakból. Az antibiotikumok által létrehozott ioncsatornák is ismertek.
Az ioncsatornák alapvető tulajdonságai:
1) szelektivitás;
2) az egyes csatornák működésének függetlensége;
3) a vezetőképesség diszkrét jellege;
4) a csatornaparaméterek függése a membránpotenciáltól.
Nézzük őket sorban.
1. A szelektivitás az ioncsatornák azon képessége, hogy szelektíven engedjék át az egyik típusú ionokat.
Már a tintahal axonján végzett első kísérletek során felfedezték, hogy a nátrium- és káliumionok eltérő hatással vannak a membránpotenciálra. A káliumionok megváltoztatják a nyugalmi, a nátriumionok pedig az akciós potenciált.
A mérések kimutatták, hogy az ioncsatornák abszolút szelektivitással rendelkeznek a kationok (kation-szelektív csatornák) vagy anionok (anion-szelektív csatornák) irányában. Ugyanakkor a kation-szelektív csatornákon különböző kémiai elemek különböző kationjai is áthaladhatnak, de a membrán vezetőképessége a kisebb ion számára, és így a rajta áthaladó áram is lényegesen alacsonyabb lesz, például a nátriumcsatornánál, a rajta áthaladó káliumáram 20-szor kisebb lesz. Az ioncsatorna azon képességét, hogy különböző ionokat engedjen át, relatív szelektivitásnak nevezik, és egy szelektivitási sorozat jellemzi - a csatorna vezetőképességének aránya az azonos koncentrációban vett különböző ionok esetében.
2. Az egyes csatornák működésének függetlensége. Az egyes ioncsatornákon áthaladó áram független attól, hogy az áram más csatornákon keresztül folyik-e. Például a káliumcsatornák be- vagy kikapcsolhatók, de a nátriumcsatornákon áthaladó áram nem változik. A csatornák egymásra gyakorolt hatása közvetetten jelentkezik: egyes csatornák (például nátrium) permeabilitásának változása megváltoztatja a membránpotenciált, és ez már más ioncsatornák vezetőképességét is befolyásolja.
3. Az ioncsatornák vezetőképességének diszkrét jellege. Az ioncsatornák fehérjék alegységkomplexei, amelyek átívelik a membránt. A közepén egy cső található, amelyen keresztül az ionok áthaladhatnak.
A membránfelület 1 μm-ére jutó ioncsatornák számát radioaktívan jelölt nátriumcsatorna-blokkoló, tetrodotoxin segítségével határoztuk meg. Ismeretes, hogy egy TTX molekula csak egy csatornához kötődik. Ezután egy ismert területű minta radioaktivitásának mérése lehetővé tette annak kimutatását, hogy a tintahal axonjának 1 mikronjában körülbelül 500 nátriumcsatorna található. Ezt először 1962-ben fedezték fel a lipid kétrétegű membránok (BLM) vezetőképességének vizsgálata során, amikor egy bizonyos gerjesztést kiváltó anyag mikromennyiségeit adták a membránt körülvevő oldathoz. Állandó feszültséget kapcsoltak a BLM-re, és feljegyezték az áramerősséget. Az áramot idővel két vezető állapot közötti ugrások formájában rögzítették.
A különböző ioncsatornákon végzett kísérletek eredményei azt mutatták, hogy egy ioncsatorna vezetőképessége diszkrét, és két állapotú lehet: nyitott vagy zárt. Az áramlökéseket 2 vagy 3 csatorna egyidejű nyitása okozza. Az ioncsatorna állapotai közötti átmenetek véletlenszerű időpontokban mennek végbe, és betartják a statisztikai törvényeket. Nem mondható, hogy egy adott ioncsatorna pontosan ebben a pillanatban megnyílik. Csak egy bizonyos időintervallumban lehet nyilatkozni a csatorna megnyitásának valószínűségéről.
Az ioncsatornákat a nyitott és zárt állapot jellemző élettartama írja le.
4. A csatorna paramétereinek függése a membránpotenciáltól. Az idegrostok ioncsatornái érzékenyek a membránpotenciálra, például a tintahal axonjának nátrium- és káliumcsatornái. Ez abban nyilvánul meg, hogy a membrán depolarizációjának megkezdése után a megfelelő áramok elkezdenek megváltozni egy vagy másik kinetikával. Az „ioncsatornák” nyelvén ez a folyamat a következőképpen megy végbe. Az ionszelektív csatorna ún
Az „érzékelő” kialakításának egy bizonyos eleme, amely érzékeny az elektromos mező hatására (lásd az ábrát). Amikor a membránpotenciál megváltozik, a rá ható erő nagysága megváltozik, ennek eredményeként az ioncsatorna ezen része elmozdul, és megváltoztatja a „kapu” nyitásának vagy bezárásának valószínűségét - egyfajta csillapító, amely a „ mindent vagy semmit” törvény.
Ioncsatorna szerkezet
Az ion-szelektív csatorna a következő részekből áll, egy, a kettősrétegbe merített fehérje részből, amely alegység szerkezettel rendelkezik; negatív töltésű oxigénatomok által alkotott szelektív szűrő, amelyek egymástól bizonyos távolságra mereven helyezkednek el, és bizonyos átmérőjű ionokat engednek át; kapu rész.
Az ioncsatorna „kapuját” a membránpotenciál vezérli, és lehet zárt (szaggatott vonal) vagy nyitott állapotú (folytonos vonal). A nátriumcsatorna kapu normál helyzete zárva van. Elektromos tér hatására megnő a nyitott állapot valószínűsége, kinyílik a kapu és a hidratált ionok áramlása képes áthaladni a szelektív szűrőn.
Ha az ion átmérőjére „elfér”, akkor ledobja a hidratáló héjat és átugrik az ioncsatorna másik oldalára. Ha az ion túl nagy átmérőjű, mint például a tetraetil-ammónium, nem tud átjutni a szűrőn, és nem tud átjutni a membránon. Ha éppen ellenkezőleg, az ion túl kicsi, akkor nehézségei vannak a szelektív szűrőben, ami ezúttal a hidratáló héj leválasztásának nehézségével jár. A „megfelelő” ion esetében a kidobott vizet a szűrőben elhelyezkedő oxigénatomos kötések helyettesítik, a „nem megfelelő” ionnál rosszabb a sztérikus illeszkedés. Ezért nehezebben megy át a szűrőn, és a csatorna vezetőképessége is kisebb számára.
Az ioncsatorna-blokkolók vagy nem tudnak átjutni rajta, beszorulnak a szűrőbe, vagy ha nagy molekulák, mint például a TTX, akkor sztérikusan illeszkednek a csatorna valamely bejáratához. Mivel a blokkolók pozitív töltést hordoznak, töltött részük közönséges kationként bekerül a szelektív szűrő csatornájába, és a makromolekula eltömíti azt.
Így a gerjeszthető biomembránok elektromos tulajdonságaiban bekövetkező változásokat ioncsatornák segítségével hajtják végre. Ezek olyan fehérje makromolekulák, amelyek behatolnak a lipid kettős rétegbe, és több különálló állapotban létezhetnek. A kálium-, nátrium- és kalcium-ionokra szelektív csatornák tulajdonságai eltérően függhetnek a membránpotenciáltól, amely meghatározza a membrán akciós potenciáljának dinamikáját, valamint a különböző sejtek membránjaiban az ilyen potenciálok különbségeit.
Következtetés
Bármely molekula átjuthat a lipid kettősrétegen, de az anyagok passzív diffúziójának sebessége, pl. Egy anyag átmenete egy magasabb koncentrációjú területről egy alacsonyabb koncentrációjú területre nagyon eltérő lehet. Egyes molekulák esetében ez olyan hosszú időt vesz igénybe, hogy gyakorlatilag a membrán lipid kettősrétegének átjárhatatlanságáról beszélhetünk. Az anyagok membránon keresztüli diffúziós sebessége elsősorban a molekulák méretétől és zsírokban való relatív oldhatóságától függ.
A kis nem poláris molekulák, mint például az O2, szteroidok, pajzsmirigyhormonok és zsírsavak jutnak el legkönnyebben a lipidmembránon keresztüli egyszerű diffúzión keresztül. Kis poláris töltetlen molekulák - CO2, NH3, H2O, etanol, karbamid - szintén meglehetősen nagy sebességgel diffundálnak. A glicerin diffúziója jóval lassabb, a glükóz gyakorlatilag nem tud magától átjutni a membránon. A lipidmembrán áthatolhatatlan minden töltött molekula számára, mérettől függetlenül.
Az ilyen molekulák szállítása a membránokban vagy a vízzel telt lipidrétegben csatornákat (pórusokat) képező fehérjék jelenléte miatt lehetséges, amelyeken egyszerű diffúzióval bizonyos méretű anyagok átjuthatnak, vagy olyan specifikus hordozófehérjék, amelyek szelektíven kölcsönhatásba lépnek bizonyos ligandumokkal, elősegítik azok membránon keresztüli szállítását (könnyített diffúzió).
A sejtek az anyagok passzív transzportja mellett olyan fehérjéket tartalmaznak, amelyek bizonyos vízben oldott anyagokat aktívan pumpálnak a gradiensük ellen, pl. alacsonyabb koncentrációról magasabb koncentrációjú területre. Ez az aktív transzportnak nevezett folyamat mindig hordozófehérjék segítségével megy végbe, és energiaráfordítással megy végbe.
A csatorna külső része viszonylag jól megközelíthető, a belső rész vizsgálata jelentős nehézségeket okoz. P. G. Kostyuk kifejlesztett egy intracelluláris dialízis módszert, amely lehetővé teszi az ioncsatornák bemeneti és kimeneti struktúráinak működésének tanulmányozását mikroelektródák használata nélkül. Kiderült, hogy az ioncsatorna extracelluláris tér felé nyitott része funkcionális tulajdonságaiban eltér az intracelluláris környezet felé néző csatorna részétől.
Az ioncsatornák biztosítják a membrán két fontos tulajdonságát: a szelektivitást és a vezetőképességet.
A csatorna szelektivitását vagy szelektivitását speciális fehérjeszerkezete biztosítja. A legtöbb csatorna elektromos vezérlésű, azaz ionvezető képessége a membránpotenciál nagyságától függ. A csatorna funkcionális jellemzőit tekintve heterogén, különös tekintettel a csatorna bejáratánál és kijáratánál elhelyezkedő fehérjeszerkezetekre (ún. kapumechanizmusokra).
Fick egyenlete
A „–” jel azt mutatja, hogy az anyag teljes fluxussűrűsége a diffúzió során a sűrűség csökkenésére irányul, D a diffúziós együttható. A képlet azt mutatja, hogy a J anyag fluxussűrűsége arányos a D diffúziós együtthatóval és a koncentráció gradienssel. Ez az egyenlet fejezi ki Fick első törvényét (Adolph Fick német fiziológus, aki 1855-ben megállapította a diffúzió törvényeit).
Az ion-szelektív csatorna a következő részekből áll, a kettősrétegbe merített fehérje részből, amely alegység szerkezettel rendelkezik; negatív töltésű oxigénatomok által alkotott szelektív szűrő, amelyek egymástól bizonyos távolságra mereven helyezkednek el, és bizonyos átmérőjű ionokat engednek át; kapu rész. Az ioncsatornák biztosítják a membrán két fontos tulajdonságát: a szelektivitást és a vezetőképességet. A kalciumcsatornák alapvető szerepet játszanak a szívsejtekben.
Bibliográfia
2. Yu I. Afanasyev, N. A. Yurina, E. F. Kotovsky és mások. M.
4. Filippovich Yu.B. A biokémia alapjai. M., Higher School, 1985. Diffúzió
5. Basniev K. S., Kochina N. I., Maksimov M. V. Underground hidromechanika. // M.: Nedra, 1993, p. 41-43
6. Gennis R. Biomembránok. Molekuláris szerkezet és funkció. M., Mir, 1997
