Laboratórne práce fyziologické vlastnosti bunkovej membrány. Porovnanie priepustnosti membrán živých a mŕtvych buniek. Literatúra pre študentov

1. Bunkové membrány, ich typy. Vlastnosti membrán. Funkcie membrán.

Morfologické a fyziologické štúdie ukázali, že bunková membrána hrá dôležitú úlohu vo fungovaní bunky.

Membránové štruktúry: jadro, Golgiho komplex, ER atď.

Membrána je tenká štruktúra s hrúbkou 7 nm. Z hľadiska chemického zloženia membrána obsahuje 25 % bielkovín, 25 % fosfolipidov, 13 % cholesterolu, 4 % lipidov, 3 % sacharidov.

Štrukturálne Membrána je založená na dvojitej vrstve fosfolipidov. Znakom fosfolipidových molekúl je, že majú hydrofilné a hydrofóbne časti. Hydrofilné časti obsahujú polárne skupiny (fosfátové skupiny vo fosfolipidoch a hydroxidové skupiny v cholesteroloch). Hydrofilné časti smerujúce k povrchu. A hydrofóbne (tukové chvosty) smerujú do stredu membrány.

Molekula má dva mastné konce a tieto uhľovodíkové reťazce možno nájsť v dvoch konfiguráciách. Predĺžená - trans konfigurácia(valec 0,48 nm). Druhým typom je konfigurácia gauche-trans-gauche. V tomto prípade sa dva tukové chvosty rozchádzajú a plocha sa zväčšuje na 0,58 nm.

Za normálnych podmienok majú molekuly lipidov tekutú kryštalickú formu. A v tomto stave majú mobilitu. Okrem toho sa môžu pohybovať vo svojej vrstve a prevracať sa. Pri znižovaní teploty prechádza membrána z kvapalného do rôsolovitého stavu a tým sa znižuje pohyblivosť molekuly.

Pri pohybe molekuly lipidu vznikajú mikropásiky, ktoré sa nazývajú králi, do ktorých sa môžu zachytávať látky. Lipidová vrstva v membráne je bariérou pre látky rozpustné vo vode, ale umožňuje prechod látok rozpustných v lipidoch..

Okrem lipidov membrána obsahuje aj molekuly bielkovín. Ide najmä o glykoproteíny.

Integrálne proteíny prechádzajú oboma vrstvami. Iné proteíny sú čiastočne ponorené buď do vonkajšej alebo vnútornej vrstvy. Nazývajú sa periférne proteíny.

Tento membránový model je tzv model tekutých kryštálov. Funkčne vykonávajú molekuly proteínov štrukturálne, transportné a enzymatické funkcie. Okrem toho vytvárajú iónové kanály s priemerom od 0,35 do 0,8 nm, cez ktoré môžu prechádzať ióny. Kanály majú svoju špecializáciu. Integrálne proteíny sa podieľajú na aktívnom transporte a uľahčenej difúzii.

Periférne proteíny na vnútornej strane membrány sa vyznačujú enzymatickou funkciou. Vo vnútri sú antigénne (protilátky) a receptorové funkcie.

Uhlíkové reťazce sa môžu pripojiť k proteínovým molekulám a potom sa vytvoria glykoproteíny. Alebo k lipidom, potom sa nazývajú glykolipidy.

Hlavné funkcie bunkové membrány budú:

1. Bariérová funkcia

2. Pasívny a aktívny prenos látok.

3. Metabolická funkcia (v dôsledku prítomnosti enzýmových systémov v nich)

4. Membrány sa podieľajú na tvorbe elektrických potenciálov v pokoji a pri vzrušení akčných prúdov.

5. Funkcia receptora.

6. Imunologické (spojené s prítomnosťou antigénov a tvorbou protilátok).

7. Zabezpečte medzibunkovú interakciu a kontaktnú inhibíciu.

Keď sa homogénne bunky dostanú do kontaktu, bunkové delenie je inhibované. Táto funkcia sa v rakovinových bunkách stráca. Okrem toho rakovinové bunky prichádzajú do kontaktu nielen s vlastnými bunkami, ale aj s inými bunkami, čím ich infikujú.

Funkcia membránovej priepustnosti. Doprava.

Transport látok cez membrány môže byť pasívny alebo aktívny.

Pasívny prevod látky prechádzajú membránami bez spotreby energie v prítomnosti gradientov (rozdiely v koncentráciách látok, rozdiely v elektrochemickom gradiente, v prítomnosti tlakového gradientu a osmotického gradientu). V tomto prípade sa pasívna preprava vykonáva pomocou:

Difúzia.

Filtrácia. Vykonáva sa za prítomnosti rozdielu hydrostatického tlaku.

Osmóza. Počas osmózy sa rozpúšťadlo pohybuje. To znamená, že voda z čistého roztoku sa presunie do roztoku s vyššou koncentráciou.

Vo všetkých týchto prípadoch nedochádza k spotrebe energie. Látky prechádzajú cez póry v membráne.

V membráne sú póry s pomalou vodivosťou, ale takýchto pórov v membráne nie je veľa. Väčšina kanálov v membráne má tiež vo svojej štruktúre hradlový mechanizmus, ktorý kanál uzatvára. Tieto kanály možno ovládať dvoma spôsobmi: reagovať na zmeny náboja (elektricky excitovateľné alebo napäťovo riadené kanály). V inom prípade sa brána v kanáli otvorí, keď je pripojená chemická látka (chemoexcitovateľná alebo riadená ligandom).

Aktívny prenos látok cez membránu súvisí s transportom látok proti gradientu.

Na aktívny transport sa používajú integrálne proteíny, ktoré majú enzymatické funkcie. ATP sa používa ako energia. Integrálne proteíny majú špeciálne mechanizmy (proteíny), ktoré sa aktivujú buď vtedy, keď sa koncentrácia látky zvýši mimo bunky, alebo keď sa vnútri bunky zníži.

Pokojné prúdy.

Membránový potenciál. Membrána je zvonka nabitá kladne a zvnútra záporne. 70-80 mV.

Chybový prúd je rozdiel medzi nábojom medzi nepoškodeným a poškodeným. Poškodený je záporne nabitý v porovnaní s neporušeným.

Metabolický prúd je rozdiel v potenciáloch v dôsledku nerovnakej intenzity metabolických procesov.

Pôvod membránového potenciálu sa vysvetľuje z hľadiska membránovo-iónová teória, ktorý zohľadňuje nerovnakú priepustnosť membrány pre ióny a rozdielne zloženie iónov vo vnútrobunkovej a medzibunkovej tekutine. Zistilo sa, že vnútrobunková aj medzibunková tekutina má rovnaký počet kladných a záporných iónov, ale zloženie je odlišné. Vonkajšia kvapalina: Na + , Cl - Vnútorná kvapalina: K + , A - (organické anióny)

V pokoji je membrána rôzne priepustná pre ióny. Najväčšiu priepustnosť má draslík, potom sodík a chlór. Membrány nie sú priepustné pre organické anióny.

Vďaka zvýšenej priepustnosti pre ióny draslíka opúšťajú bunku. V dôsledku toho sa vo vnútri hromadí organická hmota. anióny. Výsledkom je potenciálny rozdiel (potenciál difúzie draslíka), ktorý pokračuje tak dlho, kým môže uniknúť.

Vypočítaný potenciál draslíka je -90 mV. A praktický potenciál je -70 mV. To naznačuje, že na vytváraní potenciálu sa podieľa aj ďalší ión.

Aby bunka obmedzila potenciál v membráne, musí pracovať, pretože pohyb iónov draslíka z bunky a sodíkových iónov do bunky by viedol k narušeniu rovnosti znamienka. Membrány sú polarizované. Vonkajší náboj bude kladný a vonkajší náboj záporný.

Stav elektrického náboja membrány.

Reverzácia alebo prekmit - zmena znamienka náboja. Návrat k pôvodnému náboju - repolarizácia.

Budiace prúdy.

Keď stimul pôsobí na membránu, dochádza ku krátkodobej excitácii. Proces excitácie je lokálny a šíri sa pozdĺž membrány a potom sa depolarizuje. Pri pohybe vzruchu sa depolarizuje nový úsek membrány atď. Akčný prúd je dvojfázový prúd.

V každej fáze akčného prúdu možno rozlíšiť lokálnu odozvu, ktorá je nahradená špičkovým potenciálom a po vrcholovom potenciáli nasleduje negatívny a pozitívny stopový potenciál. Vyskytuje sa pri vystavení podnetu. Na vysvetlenie akčného prúdu bol navrhnutý teória membrán-mon(Hodgey, Huxley, Katz). Ukázali to akčný potenciál je väčší ako pokojový potenciál. Keď stimul pôsobí na membránu, náboj sa presunie na membránu (čiastočná depolarizácia) a to spôsobí otvorenie sodíkových kanálov. Sodík preniká do bunky, postupne znižuje náboj na membráne, ale akčný potenciál nevzniká žiadnym pôsobením, ale až kritickou hodnotou (zmena o 20-30 mV) - kritická depolarizácia. V tomto prípade sa otvoria takmer všetky sodíkové kanály a v tomto prípade sodík začne prenikať do bunky ako lavína. Dochádza k úplnej depolarizácii. Proces sa tu nezastaví, ale pokračuje v vstupe do bunky a nabíja sa až do +40. Na vrchole maximálneho potenciálu sa h brána zatvorí. Pri tejto potenciálnej hodnote sa v membráne otvorí draslíková brána. A keďže Ka + je vo vnútri väčšie, Ka + začne opúšťať bunku a náboj sa začne vracať na pôvodnú hodnotu. Najprv to ide rýchlo a potom sa spomalí. Tento jav sa nazýva negatívny chvostový potenciál. Potom sa náboj obnoví na svoju pôvodnú hodnotu a potom sa zaznamená pozitívny stopový potenciál, ktorý sa vyznačuje zvýšenou priepustnosťou pre draslík. Nastáva stav membránovej hyperpolarizácie (pozitívny stopový potenciál) pasívne. Počas jednej excitácie sa do bunky dostane 20 000 iónov sodíka a z bunky 20 000 iónov draslíka.

Na obnovenie koncentrácie je potrebný čerpací mechanizmus. Počas aktívneho transportu sú privedené 3 kladné ióny sodíka a 2 draselné ióny.

Mení sa excitabilita membrány, a tým aj akčný potenciál. Počas lokálnej odpovede dochádza k postupnému zvyšovaniu excitácie. Počas maximálnej odozvy excitácia zmizne.

Pri negatívnom stopovom potenciáli sa excitabilita opäť zvýši, pretože membrána je opäť čiastočne depolarizovaná. Vo fáze pozitívneho svetelného potenciálu dochádza k poklesu excitability. Za týchto podmienok sa excitabilita znižuje.

Rýchlosť excitačného procesu - labilita. Miera lability - počet excitácií za jednotku času. Nervové vlákna reprodukujú 500 až 1000 impulzov za sekundu. Rôzne tkanivá majú rôznu labilitu.

2. Receptory, ich klasifikácia: podľa lokalizácie (membránové, jadrové), podľa mechanizmu vývoja procesov (iono- a metabotropné), podľa rýchlosti príjmu signálu (rýchle, pomalé), podľa typu receptorových látok.

Príjem signálu od primárnych poslov bunkou zabezpečujú špeciálne receptorové proteíny, pre ktoré sú primárni poslovia ligandy. Na zabezpečenie funkcie receptora musia proteínové molekuly spĺňať niekoľko požiadaviek:

• majú vysokú selektivitu pre ligand;
• kinetika väzby ligandu by mala byť opísaná saturačnou krivkou zodpovedajúcou stavu plného obsadenia všetkých receptorových molekúl, ktorých počet je na membráne obmedzený;
• receptory musia mať tkanivovú špecifickosť, ktorá odráža prítomnosť alebo neprítomnosť týchto funkcií v bunkách cieľového orgánu;
• Väzba ligandu a jeho bunkový (fyziologický) účinok musí byť reverzibilný a parametre afinity musia zodpovedať fyziologickým koncentráciám ligandu.

Bunkové receptory sú rozdelené do nasledujúcich tried:

• membrána
• receptorové tyrozínkinázy
• receptory spojené s G proteínom
• iónové kanály
• cytoplazmatický
• jadrové

Membránové receptory rozpoznávajú veľké (napríklad inzulín) alebo hydrofilné (napríklad adrenalín) signálne molekuly, ktoré nemôžu nezávisle preniknúť do bunky. Malé hydrofóbne signálne molekuly (napríklad trijódtyronín, steroidné hormóny, CO, NO) sú schopné vstúpiť do bunky vďaka difúzii. Receptory pre takéto hormóny sú zvyčajne rozpustné cytoplazmatické alebo jadrové proteíny. Po naviazaní ligandu na receptor sa informácia o tejto udalosti prenáša ďalej po reťazci a vedie k vytvoreniu primárnej a sekundárnej bunkovej odpovede.

Dve hlavné triedy membránových receptorov sú metabotropné receptory a ionotropné receptory.

Ionotropné receptory sú membránové kanály, ktoré sa otvárajú alebo zatvárajú po naviazaní na ligand. Výsledné iónové prúdy spôsobujú zmeny v transmembránovom potenciálnom rozdiele a v dôsledku toho bunkovú excitabilitu a tiež menia intracelulárne koncentrácie iónov, čo môže sekundárne viesť k aktivácii intracelulárnych mediátorových systémov. Jedným z najviac preštudovaných ionotropných receptorov je n-cholinergný receptor.

Štruktúra G proteínu pozostávajúca z troch typov jednotiek (heterotrimérnych) - αt/αi (modrá), β (červená) a γ (zelená)

Metabotropné receptory sú spojené so systémami intracelulárnych poslov. Zmeny ich konformácie po väzbe na ligand vedú k spusteniu kaskády biochemických reakcií a v konečnom dôsledku k zmene funkčného stavu bunky. Hlavné typy membránových receptorov:

Heterotrimérne receptory spojené s G proteínom (napr. vazopresínový receptor).

Receptory s vlastnou tyrozínkinázovou aktivitou (napríklad receptor inzulínu alebo receptor epidermálneho rastového faktora).

Receptory spojené s G proteínom sú transmembránové proteíny, ktoré majú 7 transmembránových domén, extracelulárny N koniec a intracelulárny C koniec. Väzbové miesto ligandu sa nachádza na extracelulárnych slučkách, väzbová doména G proteínu sa nachádza blízko C-konca v cytoplazme.

Aktivácia receptora spôsobí, že sa jeho α-podjednotka oddelí od komplexu βγ-podjednotky a tým sa aktivuje. Potom buď aktivuje alebo naopak deaktivuje enzým, ktorý produkuje druhých poslov.

Receptory s tyrozínkinázovou aktivitou fosforylujú následné intracelulárne proteíny, často aj proteínkinázy, a tak prenášajú signál do bunky. Štrukturálne ide o transmembránové proteíny s jednou membránovou doménou. Spravidla homodiméry, ktorých podjednotky sú spojené disulfidovými mostíkmi.

3. Ionotropné receptory, metabotropné receptory a ich odrody. Systémy sekundárnych poslov účinku metabotropných receptorov (cAMP, c GMP, inozitol-3-fosfát, diacylglycerol, ióny Ca++).

Receptory pre neurotransmitery sú umiestnené na membránach neurónov alebo cieľových buniek (svalové alebo glandulárne bunky). Ich lokalizácia môže byť na postsynaptických aj presynaptických membránach. Na presynaptických membránach sú často umiestnené takzvané autoreceptory, ktoré regulujú uvoľňovanie toho istého vysielača z presynaptického zakončenia. Ale existujú aj heteroautoreceptory, ktoré tiež regulujú uvoľňovanie mediátora, ale v týchto receptoroch je uvoľňovanie jedného mediátora regulované iným mediátorom alebo neuromodulátorom.

Väčšina receptorov sú oligomérne proteíny viazané na membránu, ktoré viažu ligand (neurotransmiter) s vysokou afinitou a vysokou selektivitou. V dôsledku tejto interakcie sa spustí kaskáda vnútrobunkových zmien. Receptory sú charakterizované afinitou k ligandu, počtom, saturovateľnosťou a schopnosťou disociovať komplex receptor-ligand. Niektoré receptory majú izoformy, ktoré sa líšia svojou afinitou k určitým ligandom. Tieto izoformy možno nájsť v rovnakom tkanive.

Ligandy sú látky, ktoré selektívne interagujú s daným receptorom. Ak farmakologická látka aktivuje daný receptor, je preňho agonistom a ak znižuje jeho aktivitu, je antagonistom.

Väzba ligandu na receptor vedie k zmene konformácie receptora, ktorá buď otvára iónové kanály, alebo spúšťa kaskádu reakcií vedúcich k zmenám metabolizmu.

Existujú ionotropné a metabotropné receptory.

Ionotropné receptory. V dôsledku vytvorenia postsynaptického potenciálu sa príslušný iónový kanál otvorí buď okamžite po pôsobení mediátora, alebo prostredníctvom aktivácie G proteínu. V tomto prípade receptor buď tvorí iónový kanál sám, alebo je s ním spojený. Po pripojení ligandu a aktivácii receptora sa otvorí kanál pre zodpovedajúci ión. V dôsledku toho sa na membráne vytvára postsynaptický potenciál. Ionotropné receptory predstavujú spôsob rýchleho prenosu signálu a tvorby PSP bez zmeny metabolických procesov v bunke.

Metabotropné receptory. Toto je zložitejšia cesta prenosu signálu. V tomto prípade sa po naviazaní ligandu na receptor aktivuje fosforylačno-defosforylačná kaskáda. K tomu dochádza buď priamo alebo prostredníctvom sekundárnych poslov, napríklad prostredníctvom tyrozínkinázy, alebo prostredníctvom cAMP alebo cGMP, alebo inozitoltrifosfátu alebo diacylglycerolu, alebo prostredníctvom zvýšenia intracelulárneho vápnika, čo v konečnom dôsledku vedie k aktivácii proteínkináz. Fosforylácia najčastejšie zahŕňa aktiváciu cAMP-dependentných alebo diacylglycerol-dependentných proteínkináz. Tieto účinky sa vyvíjajú pomalšie a trvajú dlhšie.

Afinita receptora k príslušnému neurotransmiteru sa môže meniť rovnako ako u hormónov, napríklad v dôsledku alosterických zmien na receptore alebo iných mechanizmov. Preto sa dnes receptory označujú ako mobilné a ľahko meniteľné štruktúry. Keďže sú receptorové proteíny súčasťou membrány, môžu interagovať s inými membránovými proteínmi (takzvaná internalizácia receptorov). Neuromodulátory, podobne ako neurotransmitery, môžu ovplyvniť počet a citlivosť receptorov. Predĺžená prítomnosť veľkého množstva neurotransmiteru alebo neuromodulátora môže znížiť ich citlivosť (down-regulácia) a nedostatok ligandov môže zvýšiť ich citlivosť (up-regulácia).

4. Iónové kanály, ich štruktúra. Klasifikácia iónových kanálov. Sodíkové a draslíkové kanály.

Štruktúra a funkcie iónových kanálov. Ióny Na+, K+, Ca2+, Cl- prenikajú do bunky a vystupujú cez špeciálne kanáliky naplnené kvapalinou. Veľkosť kanálov je pomerne malá (priemer 0,5-0,7 nm). Výpočty ukazujú, že celková plocha kanálov zaberá zanedbateľnú časť povrchu bunkovej membrány.

Funkcia iónových kanálov sa študuje rôznymi spôsobmi. Najbežnejšia je metóda napäťovej svorky alebo „napäťovej svorky“ (obr. 2.2). Podstatou metódy je, že pomocou špeciálnych elektronických systémov sa membránový potenciál počas experimentu mení a fixuje na určitej úrovni. V tomto prípade sa meria veľkosť iónového prúdu pretekajúceho cez membránu. Ak je potenciálny rozdiel konštantný, potom v súlade s Ohmovým zákonom je aktuálna hodnota úmerná vodivosti iónových kanálov. V reakcii na postupnú depolarizáciu sa otvárajú určité kanály a zodpovedajúce ióny vstupujú do bunky pozdĺž elektrochemického gradientu, t.j. vzniká iónový prúd, ktorý bunku depolarizuje. Táto zmena je detekovaná riadiacim zosilňovačom a cez membránu prechádza elektrický prúd rovnakej veľkosti, ale opačného smeru ako membránový iónový prúd. V tomto prípade sa transmembránový potenciálny rozdiel nemení. Kombinované použitie napäťovej svorky a špecifických blokátorov iónových kanálov viedlo k objavu rôznych typov iónových kanálov v bunkovej membráne.

V súčasnosti je nainštalovaných mnoho typov kanálov pre rôzne ióny (tabuľka 2.1). Niektoré z nich sú veľmi špecifické, zatiaľ čo iné môžu okrem hlavného iónu prepúšťať aj iné ióny.

Štúdium funkcie jednotlivých kanálov je možné pomocou metódy lokálnej fixácie potenciálu „path-clamp“; ryža. 2,3, A). Sklenená mikroelektróda (mikropipeta) sa naplní soľným roztokom, pritlačí sa na povrch membrány a vytvorí sa mierne vákuum. V tomto prípade je časť membrány nasávaná k mikroelektróde. Ak je v sacej zóne iónový kanál, potom sa zaznamenáva aktivita jedného kanála. Systém stimulácie a zaznamenávania aktivity kanála sa len málo líši od systému zaznamenávania napätia.

Tabuľka 2.1. Najdôležitejšie iónové kanály a iónové prúdy excitabilných buniek

Typ kanála	Funkcia		Blokovanie kanálov
draslík (v pokoji)	Generovanie oddychového potenciálu	IK+ (únik)
Sodík	Generovanie akčného potenciálu
Vápnik	Generovanie pomalých potenciálov		D-600, verapamil
Draslík (oneskorené narovnanie)	Zabezpečenie repolarizácie	IK+ (oneskorenie)
Aktivovaný draslík a vápnik	Obmedzenie depolarizácie spôsobenej Ca 2+ prúdom

Poznámka. TEA - tetraetylamónium; TTX - tetrodotoxín.

Vonkajšia časť kanála je relatívne prístupná pre štúdium vnútornej časti. P. G. Kostyuk vyvinul metódu intracelulárnej dialýzy, ktorá umožňuje študovať funkciu vstupných a výstupných štruktúr iónových kanálov bez použitia mikroelektród. Ukázalo sa, že časť iónového kanála otvorená do extracelulárneho priestoru sa svojimi funkčnými vlastnosťami líši od časti kanála smerujúcej do vnútrobunkového prostredia.

Sú to iónové kanály, ktoré poskytujú dve dôležité vlastnosti membrány: selektivitu a vodivosť.

Selektivita alebo selektivita, kanál je zabezpečený jeho špeciálnou proteínovou štruktúrou. Väčšina kanálov je riadená elektricky, to znamená, že ich schopnosť viesť ióny závisí od veľkosti membránového potenciálu. Kanál je heterogénny vo svojich funkčných charakteristikách, najmä s ohľadom na proteínové štruktúry umiestnené na vstupe do kanála a na jeho výstupe (tzv. hradlové mechanizmy).

5. Pojem excitability. Parametre excitability nervovosvalového systému: prah podráždenia (reobáza), užitočný čas (chronaxia). Závislosť sily podráždenia od času jeho pôsobenia (Goorweg-Weissova krivka). Žiaruvzdornosť.

Vzrušivosť- schopnosť bunky reagovať na podráždenie vytvorením akčného potenciálu a špecifickej reakcie.

1) fáza lokálnej odozvy - čiastočná depolarizácia membrány (vstup Na + do bunky). Ak použijete malý stimul, odozva je silnejšia.

Lokálna depolarizácia je fázou exaltácie.

2) fáza absolútnej refraktérnosti – vlastnosť excitabilných tkanív nevytvárať AP pri akejkoľvek sile stimulu

3) fáza relatívnej žiaruvzdornosti.

4) pomalá repolarizačná fáza – podráždenie – opäť silná odozva

5) fáza hyperpolarizácie – excitabilita je menšia (subnormálna), stimul by mal byť veľký.

Funkčná labilita- posúdenie excitability tkaniva prostredníctvom maximálneho možného počtu PD za jednotku času.

Zákony excitácie:

1) zákon sily – sila podnetu musí byť prahová alebo nadprahová (minimálne množstvo sily, ktorá spôsobuje excitáciu). Čím silnejší je stimul, tým silnejšia je excitácia - len pre tkanivové asociácie (nervový kmeň, sval, výnimka - SMC).

2) zákon času - trvanie aktuálneho podnetu musí byť dostatočné na vznik vzruchu.

Existuje nepriamo úmerný vzťah medzi silou a časom v rámci hraníc medzi minimálnym časom a minimálnou silou. Minimálna sila je reobáza – sila, ktorá spôsobuje excitáciu a nezávisí od trvania. Minimálny čas je užitočný čas. Chronaxia je excitabilita konkrétneho tkaniva čas, v ktorom dôjde k excitácii, sa rovná dvom reobázam.

Čím väčšia sila, tým väčšia odozva do určitej hodnoty.

Faktory vytvárajúce MSP:

1) rozdiel v koncentráciách sodíka a draslíka

2) rozdielna priepustnosť pre sodík a draslík

3) prevádzka Na-K pumpy (3 Na + sa odstráni, 2 K + sa vráti späť).

Vzťah medzi silou stimulu a trvaním jeho dopadu, nutný pre vznik minimálnej odozvy živej štruktúry, možno veľmi jasne sledovať na takzvanej krivke sily a času (Goorweg-Weiss-Lapikova krivka) .

Z analýzy krivky vyplýva, že bez ohľadu na to, aká veľká je sila podnetu, ak je trvanie jeho vplyvu nedostatočné, nedôjde k odozve (bod vľavo od vzostupnej vetvy hyperboly). Podobný jav sa pozoruje pri dlhšom vystavení podprahovým podnetom. Minimálny prúd (alebo napätie) schopný spôsobiť excitáciu sa Lapikom nazýva reobáza (ordinátny segment OA). Najkratšia doba, počas ktorej prúd rovnajúci sa sile dvojnásobku reobázy spôsobí excitáciu v tkanive, sa nazýva chronaxia (úsečka OF), ktorá je indikátorom prahovej doby trvania podráždenia. Chronaxia sa meria v δ (tisícinách sekundy). Veľkosť chronaxie sa môže použiť na posúdenie rýchlosti, ktorou dochádza k excitácii v tkanive: čím menšia je chronaxia, tým rýchlejšie nastáva excitácia. Chronaxia ľudských nervových a svalových vlákien sa rovná tisícinám a desaťtisícinám sekundy a chronaxia takzvaných pomalých tkanív, napríklad svalových vlákien žalúdka žaby, je stotina sekundy.

Stanovenie chronaxie excitabilných tkanív sa rozšírilo nielen v experimente, ale aj v športovej fyziológii a na klinike. Najmä meraním svalovej chronaxie môže neurológ určiť prítomnosť poškodenia motorických nervov. Treba poznamenať, že stimul môže byť dosť silný, môže mať prahové trvanie, ale nízka rýchlosť nárastu času na prahovú hodnotu v tomto prípade nenastane. Adaptácia excitabilného tkaniva na pomaly rastúci stimul sa nazýva akomodácia. Akomodácia je spôsobená skutočnosťou, že počas zvýšenia sily stimulu majú aktívne zmeny v tkanive čas na rozvoj, čím sa zvyšuje prah podráždenia a bráni rozvoju excitácie. Pre vznik excitácie je teda podstatná rýchlosť nárastu stimulácie v priebehu času alebo gradient stimulácie.

Zákon gradientu podráždenia. Reakcia živého útvaru na podnet závisí od gradientu stimulácie, t. j. od naliehavosti alebo strmosti nárastu podnetu v čase: čím vyšší je gradient stimulácie, tým silnejšia (až do určitých hraníc) je odozva. excitabilná formácia.

V dôsledku toho zákony stimulácie odrážajú zložitý vzťah medzi stimulom a excitabilnou štruktúrou počas ich interakcie. Aby došlo k excitácii, stimul musí mať prahovú silu, musí mať prahové trvanie a musí mať určitú rýchlosť nárastu v priebehu času.

6. Iónové pumpy (ATPázy):K+- Na+-evaya,Ca2+-eva (plazmolema a sarkoplazmatické retikulum),H+- K+-výmenník.

Podľa moderných koncepcií biologické membrány obsahujú iónové pumpy, ktoré pracujú s využitím voľnej energie hydrolýzy ATP - špeciálne systémy integrálnych proteínov (transportné ATPázy).

V súčasnosti sú známe tri typy elektrogénnych iónových púmp, ktoré aktívne transportujú ióny cez membránu (obr. 13).

K prenosu iónov transportnými ATPázami dochádza v dôsledku spojenia prenosových procesov s chemickými reakciami v dôsledku energie bunkového metabolizmu.

Keď K+-Na+-ATPáza funguje, dva draselné ióny sa prenesú do bunky v dôsledku energie uvoľnenej počas hydrolýzy každej molekuly ATP a súčasne sa z bunky odčerpajú tri ióny sodíka. Tým vzniká v bunke zvýšená koncentrácia draselných iónov v porovnaní s medzibunkovým prostredím a znížená koncentrácia sodíka, ktorý má veľký fyziologický význam.

Príznaky „biopumpy“:

1. Pohyb proti gradientu elektrochemického potenciálu.

2. tok hmoty je spojený s hydrolýzou ATP (alebo iného zdroja energie).

3. asymetria dopravného prostriedku.

4. Pumpa in vitro je schopná hydrolyzovať ATP iba ​​v prítomnosti tých iónov, ktoré transportuje in vivo.

5. Keď je čerpadlo zapustené v umelom prostredí, je schopné zachovať selektivitu.

Molekulárny mechanizmus fungovania iónových ATPáz nie je úplne objasnený. Napriek tomu je možné vysledovať hlavné štádiá tohto zložitého enzymatického procesu. V prípade K+-Na+-ATPázy existuje sedem stupňov prenosu iónov spojených s hydrolýzou ATP.

Diagram ukazuje, že kľúčové štádiá enzýmu sú:

1) tvorba komplexu enzýmov s ATP na vnútornom povrchu membrány (táto reakcia je aktivovaná iónmi horčíka);

2) väzba troch sodných iónov komplexom;

3) fosforylácia enzýmu s tvorbou adenozíndifosfátu;

4) revolúcia (flip-flop) enzýmu vo vnútri membrány;

5) reakcia iónovej výmeny sodíka na draslík, ktorá prebieha na vonkajšom povrchu membrány;

6) spätná revolúcia enzýmového komplexu s prenosom iónov draslíka do bunky;

7) návrat enzýmu do pôvodného stavu s uvoľnením draselných iónov a anorganického fosfátu (P).

Počas úplného cyklu sa teda z bunky uvoľnia tri ióny sodíka, cytoplazma sa obohatí o dva draselné ióny a dôjde k hydrolýze jednej molekuly ATP.

7. Membránový potenciál, veľkosť a pôvod.

Na vysvetlenie pôvodu biopotenciálov bolo navrhnutých mnoho teórií. Membránová teória navrhnutá nemeckým výskumníkom Bernsteinom (1902, 1912) bola najviac experimentálne podložená. V modernom období túto teóriu upravili a experimentálne rozvinuli Hodgkin, Huxley, Katz (1949-1952).

Zistilo sa, že základom bioelektrických javov je nerovnomerné rozloženie (asymetria) iónov v cytoplazme bunky a jej prostredí. Protoplazma nervových a svalových buniek obsahuje 30-50-krát viac draselných iónov, 8-10-krát menej sodíkových iónov a 50-krát menej iónov chlóru ako extracelulárna tekutina. Okrem toho bunková cytoplazma obsahuje organické anióny (veľkomolekulárne zlúčeniny nesúce negatívny náboj), ktoré v extracelulárnom prostredí chýbajú.

Zástancovia membránovej teórie sa domnievajú, že hlavným dôvodom iónovej asymetrie je prítomnosť bunkovej membrány so špecifickými vlastnosťami.

Bunková membrána je zhutnená vrstva cytoplazmy, ktorej hrúbka je asi 10 nm (100 A). Použitie výskumných metód elektrónového mikroskopu umožnilo určiť jemnú štruktúru membrány (obr. 55). Bunková membrána pozostáva z dvojitej vrstvy molekúl fosfolipidov, ktorá je zvnútra pokrytá vrstvou molekúl bielkovín a zvonka vrstvou komplexných sacharidových molekúl – mukopolysacharidov. Membrána má špeciálne kanály - „póry“, cez ktoré voda a ióny prenikajú do bunky. Predpokladá sa, že pre každý ión existujú špeciálne kanály. V tomto ohľade bude priepustnosť membrány pre určité ióny závisieť od veľkosti pórov a priemerov samotných iónov.

V stave relatívneho fyziologického pokoja má membrána zvýšenú priepustnosť pre ióny draslíka, zatiaľ čo jej priepustnosť pre ióny sodíka je prudko znížená.

Charakteristiky permeability bunkovej membrány, ako aj veľkosť samotných iónov sú teda jedným z dôvodov, ktoré zabezpečujú asymetriu distribúcie iónov na oboch stranách bunkovej membrány. Iónová asymetria je jednou z hlavných príčin pokojového potenciálu, pričom vedúcu úlohu zohráva nerovnomerná distribúcia draselných iónov.

Hodgkin vykonal klasické experimenty na obrovskom nervovom vlákne chobotnice. Koncentrácia draselných iónov vo vlákne a v okolitej kvapaline sa vyrovnala – pokojový potenciál zmizol. Ak bolo vlákno naplnené umelým fyziologickým roztokom, ktorý má podobné zloženie ako intracelulárna tekutina, medzi vnútornou a vonkajšou stranou membrány sa vytvoril potenciálny rozdiel, ktorý sa približne rovná pokojovému potenciálu normálneho vlákna (50-80 mV).

Mechanizmus, ktorým vzniká akčný potenciál, je oveľa zložitejší. Hlavná úloha pri výskyte akčných prúdov patrí sodíkovým iónom. Pri vystavení stimulu prahovej sily sa priepustnosť bunkovej membrány pre ióny sodíka zvyšuje 500-krát a prekračuje priepustnosť pre ióny draslíka 10-20-krát. V tomto ohľade sa sodík rúti do bunky ako lavína, čo vedie k opätovnému nabitiu bunkovej membrány. Vonkajší povrch je v porovnaní s vnútorným nabitý záporne. Dochádza k depolarizácii bunkovej membrány sprevádzanej obrátením membránového potenciálu. Zvrat membránového potenciálu sa vzťahuje na počet milivoltov (mV), o ktorý akčný potenciál prevyšuje pokojový potenciál. Obnova počiatočnej úrovne membránového potenciálu (repolarizácia) sa uskutočňuje v dôsledku prudkého zníženia priepustnosti sodíka (inaktivácia) a aktívneho prenosu iónov sodíka z bunkovej cytoplazmy do prostredia.

Dôkaz pre hypotézu akčného potenciálu sodíka získal aj Hodgkin. V skutočnosti, ak má akčný potenciál povahu sodíka, potom zmenou koncentrácie iónov sodíka možno zmeniť veľkosť akčného potenciálu. Ukázalo sa, že pri nahradení 2/3 morskej vody, ktorá je normálnym prostredím pre obrovský axón kalmára, izotonickým roztokom dextrózy, t.j. keď sa koncentrácia sodíka v prostredí zmení o 2/3, akčný potenciál sa zníži o polovicu.

Vznik biopotenciálov je teda funkciou biologickej membrány, ktorá má selektívnu permeabilitu. Veľkosť pokojového potenciálu a akčného potenciálu je určená iónovou asymetriou v systéme bunka-prostredie.

8. Elektrické javy v nervových a svalových tkanivách pri vzrušení. Akčný potenciál, jeho veľkosť, fázy a trvanie. Vzťah medzi fázami akčného potenciálu a fázami excitability.

Vyššie sme už ukázali, že excitácia v nervových a svalových vláknach sa uskutočňuje pomocou elektrických impulzov šíriacich sa pozdĺž povrchovej membrány. Prenos vzruchu z nervu do svalu je založený na inom mechanizme. Vykonáva sa v dôsledku uvoľňovania vysoko aktívnych chemických zlúčenín - mediátorov nervového impulzu nervovými zakončeniami. Na synapsiách kostrového svalstva je takýmto prenášačom acetylcholín (ACh).

V neuromuskulárnej synapsii sú tri hlavné štrukturálne prvky - presynaptická membrána na nerv postsynaptická membrána na svale, medzi nimi - Synaptická štrbina . Tvar synapsie môže byť rôzny. V pokoji je ACh obsiahnutý v takzvaných synaptických vezikulách vo vnútri koncovej platničky nervového vlákna. Cytoplazma vlákna, v ktorej plávajú synaptické vezikuly, je oddelená od synaptickej štrbiny presynaptickou membránou. Keď je presynaptická membrána depolarizovaná, mení sa jej náboj a permeabilita, vezikuly sa približujú k membráne a vlievajú sa do synaptickej štrbiny, ktorej šírka dosahuje 200-1000 angstromov. Vysielač začne difundovať cez medzeru k postsynaptickej membráne.

Postsynaptická membrána nie je elektrogénna, ale je vysoko citlivá na transmiter v dôsledku prítomnosti takzvaných cholinergných receptorov – biochemických skupín, ktoré môžu selektívne reagovať s ACh. Ten dosiahne postsynaptickú membránu za 0,2-0,5 ms. (tzv "synaptické oneskorenie") a interakciou s cholinergnými receptormi spôsobuje zmenu permeability membrány pre Na, čo vedie k depolarizácii postsynaptickej membrány a vytvoreniu depolarizačnej vlny na nej, tzv. excitačný postsynaptický potenciál, (EPSP), ktorého hodnota presahuje Ec susedných, elektrogénnych oblastí membrány svalového vlákna. V dôsledku toho v nich vzniká akčný potenciál (AP), ktorý sa rozšíri po celom povrchu svalového vlákna, následne spôsobí jeho kontrakciu, čím sa spustí proces tzv. elektromechanická spojka (Capling). Vysielač v synaptickej štrbine a na postsynaptickej membráne funguje veľmi krátko, pretože je zničený enzýmom cholínesterázou, ktorý pripraví synapsiu na prijatie novej časti vysielača. Ukázalo sa tiež, že časť nezreagovaného ACh sa môže vrátiť do nervového vlákna.

Pri veľmi častých rytmoch stimulácie sa dajú zhrnúť postsynaptické potenciály, pretože cholínesteráza nestihne úplne rozložiť ACh uvoľnený v nervových zakončeniach. V dôsledku tejto sumácie sa postsynaptická membrána stále viac depolarizuje. V tomto prípade sa susedné elektrogénne oblasti svalového vlákna dostanú do stavu depresie podobného tomu, ktorý sa vyvíja počas dlhšieho pôsobenia jednosmernej katódy. (Verigo katódová depresia).

Excitácia v tkanive sa prejavuje objavením sa funkcie, ktorá je pre ňu špecifická (vedenie vzruchu nervovým tkanivom, svalová kontrakcia, sekrécia žliaz) a nešpecifickými reakciami (vytváranie akčného potenciálu, metabolické zmeny).

Akčný prúd (PD a ECP) ​​je elektrický prúd, ktorý sa vyskytuje v nervových, svalových a niektorých rastlinných bunkách medzi ich excitovanými a susednými pokojovými oblasťami. Spôsobené zmenami membránovej iónovej permeability a potenciálu, ktoré sa vyvíjajú v excitovanej oblasti. Hrá dôležitú úlohu pri šírení akčného potenciálu pozdĺž bunky (vlákna). Akčný potenciál je posun membránového potenciálu, ku ktorému dochádza v tkanive pri pôsobení prahového a nadprahového stimulu, ktorý je sprevádzaný dobíjaním bunkovej membrány.

Pri pôsobení prahového alebo nadprahového podnetu sa priepustnosť bunkovej membrány pre ióny mení v rôznej miere. Pre ióny Na sa zvyšuje 400-500-krát a gradient sa zvyšuje rýchlo, pre ióny K - 10-15-krát a gradient sa vyvíja pomaly. V dôsledku toho sa ióny Na presúvajú do bunky, ióny K sa pohybujú von z bunky, čo vedie k opätovnému nabitiu bunkovej membrány. Vonkajší povrch membrány nesie záporný náboj, zatiaľ čo vnútorný povrch nesie kladný náboj. Presné merania ukázali, že amplitúda akčného potenciálu je o 30-50 mV vyššia ako pokojový potenciál.

PD fázy. PD pozostáva z 2 fáz:

1. Fáza depolarizácie. Zodpovedá rýchlej zmene membránového potenciálu (depolarizácia membrány) približne 110 mV. Membránový potenciál sa mení z pokojovej úrovne (asi -70 mV) na hodnotu blízku rovnovážnemu potenciálu - potenciálu, pri ktorom prichádzajúci prúd nadobúda nulovú hodnotu (ENa + (asi 40 mV)).

2. Fáza repolarizácie. Membránový potenciál opäť dosiahne pokojovú úroveň (membrána sa repolarizuje), po ktorej nastáva hyperpolarizácia na hodnotu približne o 10 mV menšiu (negatívnejšiu) ako je pokojový potenciál, t.j. približne -80 mV.

Trvanie akčného potenciálu v nervových vláknach a vláknach kostrového svalstva sa pohybuje od 0,1 do 5 ms a fáza repolarizácie je vždy dlhšia ako fáza depolarizácie.

Vzťah medzi fázami akčného potenciálu a excitability. Úroveň bunkovej excitability závisí od fázy AP. Počas fázy lokálnej odozvy sa zvyšuje excitabilita. Táto fáza excitability sa nazýva latentná adícia. Počas fázy repolarizácie AP, keď sa otvárajú všetky sodíkové kanály a sodíkové ióny sa rútia do bunky ako lavína, žiadny stimul, dokonca ani veľmi silný, nemôže stimulovať tento proces. Preto fáza depolarizácie zodpovedá fáze absolútnej refraktérnosti. Počas fázy repolarizácie sa čoraz väčšia časť sodíkových kanálov uzatvára. Pod vplyvom nadprahového podnetu sa však môžu znovu otvoriť. To zodpovedá fáze relatívnej žiaruvzdornosti. Počas stopovej depolarizácie je MP na kritickej úrovni, takže aj podprahové stimuly môžu spôsobiť excitáciu buniek. V dôsledku toho je v tomto momente zvýšená jej excitabilita. Táto fáza sa nazýva fáza nadprirodzenej excitability. V momente hyperpolarizácie stopy je MP vyššia ako počiatočná úroveň. Je vo fáze subnormálnej excitability.

9. Stavba kostrových svalov a ich inervácia. Motorová jednotka. Fyziologické vlastnosti svalov, ich charakteristiky u novorodenca.

Morfofunkčná klasifikácia svalov:

1. Priečne pruhované

a) kostrové - viacjadrové bunky, priečne pruhované, jadrá sú bližšie k sarkoléme. Hmotnosť 40%.

b) srdcové - priečne pruhované, mononukleárne bunky, jadro v strede. Hmotnosť 0,5 %.

2. Hladké - mononukleárne bunky, nemajú priečne ryhy. Sú súčasťou iných orgánov. Celková hmotnosť 5-10%.

Všeobecné vlastnosti svalov.

1) Vzrušivosť. PP = - 90 mV. Amplitúda AP = 120 mV - reverzácia znamienka +30 mV.

2) Vodivosť – schopnosť viesť PD cez bunkovú membránu (3-5 m/s). Zabezpečuje dodanie PD do T-tubulov az nich do L-tubulov, ktoré uvoľňujú vápnik.

3) Kontraktilita – schopnosť skrátiť alebo vyvinúť napätie pri vzrušení.

4) Elasticita – schopnosť vrátiť sa do pôvodnej dĺžky.

Funkcie kostrových svalov:

1. Pohyb tela v priestore

2. Pohybujúce sa časti tela voči sebe navzájom

3. Udržiavanie postoja

4. Tvorba tepla

5. Pohyb krvi a lymfy (dynamická práca)

6. Účasť na vetraní

7. Ochrana vnútorných orgánov

8. Antistresový faktor

Úrovne organizácie kostrového svalstva:

Celý sval je obklopený epimýziom a pristupujú k nemu cievy a nervy. Jednotlivé svalové snopce sú pokryté perimýziom. Zväzok buniek (svalové vlákno alebo symplast) - pokrytý endomýziom. Bunka obsahuje myofibrily z myofilamentov, hlavné proteíny – aktín, myozín, tropomyozín, troponín, kalcium ATPázu, kreatínfosfokinázu, štruktúrne proteíny.

Vo svale sa rozlišujú motorické jednotky (motorické, neuromotorické jednotky) - ide o funkčné spojenie motorického neurónu, jeho axónu a svalových vlákien inervovaných týmto axónom. Tieto svalové vlákna môžu byť umiestnené v rôznych častiach (zväzkoch) svalu.

Motorická jednotka (MU) je funkčná jednotka kostrového svalstva. ME zahŕňa motorický neurón a ním inervovanú skupinu svalových vlákien.

Typy svalových vlákien:

1) pomalé fázové vlákna oxidačného typu

2) rýchle fázové vlákna oxidačného typu (typ 2a)

3) rýchle fázové vlákna glykolytického typu (typ 2b)

4) tonické vlákna

Mechanizmy svalovej kontrakcie.

A) jediné svalové vlákno

B) celý sval

Kostrový sval má tieto základné vlastnosti:

1) excitabilita – schopnosť reagovať na podnet zmenou iónovej vodivosti a membránového potenciálu. V prirodzených podmienkach je týmto dráždidlom neurotransmiter acetylcholín.

2) vodivosť - schopnosť viesť akčný potenciál pozdĺž a hlboko do svalového vlákna pozdĺž T-systému;

3) kontraktilita - schopnosť skrátiť alebo vyvinúť napätie pri vzrušení;

4) elasticita - schopnosť vyvinúť napätie pri natiahnutí.

10. Spôsoby svalovej kontrakcie: izotonické a izometrické. Absolútna sila svalov. Zmeny svalovej sily súvisiace s vekom.

Kontraktilita kostrového svalu je charakterizovaná silou kontrakcie, ktorú sval vyvíja (zvyčajne sa hodnotí celková pevnosť ktorý sval môže vyvinúť a absolútne, t.j. sila na 1 cm 2 prierezu dĺžka skrátenia, stupeň napätia svalového vlákna, rýchlosť skrátenia a rozvoja napätia, rýchlosť relaxácie. Pretože tieto parametre sú do značnej miery určené počiatočnou dĺžkou svalových vlákien a zaťažením svalu, štúdie svalovej kontraktility sa vykonávajú v rôznych režimoch.

Podráždenie svalového vlákna jediným prahovým alebo nadprahovým podnetom vedie k vzniku jedinej kontrakcie, ktorá pozostáva z niekoľkých období (obr. 2.23). Prvá, latentná perióda, je súhrn časových oneskorení spôsobených excitáciou membrány svalového vlákna, propagáciou PD cez T-systém do vlákna, tvorbou inozitoltrifosfátu, zvýšením koncentrácie intracelulárneho vápnika. a aktivácia priečnych mostov. Pre sartoriusový sval žaby je doba latencie asi 2 ms.

Druhým je obdobie skracovania, čiže rozvoja napätia. V prípade voľného skrátenia svalového vlákna hovoríme o izotonický režim kontrakcie, pri ktorých sa napätie prakticky nemení a mení sa len dĺžka svalového vlákna. Ak je svalové vlákno fixované na oboch stranách a nedá sa voľne skrátiť, tak vraj áno izometrický režim kontrakcie Presne povedané, pri tomto spôsobe kontrakcie sa dĺžka svalového vlákna nemení, zatiaľ čo veľkosť sarkomérov sa mení v dôsledku kĺzania aktínových a myozínových filamentov voči sebe navzájom. V tomto prípade sa výsledné napätie prenáša na elastické prvky umiestnené vo vnútri vlákna. Elastické vlastnosti majú krížové mostíky myozínových filamentov, aktínových filamentov, Z-doštičiek, pozdĺžne umiestnené sarkoplazmatické retikulum a sarkolema svalových vlákien.

Pri pokusoch na izolovanom svale sa odhalí natiahnutie väzivových prvkov svalu a šliach, na ktoré sa prenáša napätie vyvinuté priečnymi mostíkmi.

V ľudskom tele sa izotonická alebo izometrická kontrakcia nevyskytuje v izolovanej forme. Spravidla je vývoj napätia sprevádzaný skrátením dĺžky svalov - kontrakcia v auxotonickom režime

Tretím je obdobie relaxácie, kedy klesá koncentrácia iónov Ca 2+ a dochádza k odpojeniu myozínových hlavičiek od aktínových filamentov.

Predpokladá sa, že pre jedno svalové vlákno je napätie vyvinuté ktoroukoľvek sarkomérou rovnaké ako napätie v ktorejkoľvek inej sarkomére. Keďže sarkoméry sú zapojené do série, rýchlosť kontrakcie svalového vlákna je úmerná počtu jeho sarkomér. Pri jedinej kontrakcii je teda rýchlosť skracovania dlhého svalového vlákna vyššia ako kratšieho. Množstvo sily vyvinutej svalovým vláknom je úmerné počtu myofibríl vo vlákne. Počas svalového tréningu sa zvyšuje počet myofibríl, ktoré sú morfologickým substrátom pre zvýšenie sily svalovej kontrakcie. Zároveň sa zvyšuje počet mitochondrií, čím sa zvyšuje vytrvalosť svalového vlákna pri fyzickej aktivite.

V izolovanom svale je veľkosť a rýchlosť jednej kontrakcie určená množstvom ďalších faktorov. Veľkosť jednej kontrakcie bude primárne určená počtom motorických jednotiek zapojených do kontrakcie. Keďže svaly pozostávajú zo svalových vlákien s rôznymi úrovňami excitability, existuje určitý vzťah medzi veľkosťou stimulu a odozvou. Zvýšenie sily kontrakcie je možné až do určitej hranice, po ktorej amplitúda kontrakcie zostáva nezmenená, keď sa amplitúda stimulu zvyšuje. V tomto prípade sa kontrakcie zúčastňujú všetky svalové vlákna, ktoré tvoria sval.

Dôležitosť účasti všetkých svalových vlákien na kontrakcii sa ukazuje pri štúdiu závislosti rýchlosti skracovania od veľkosti zaťaženia.

Keď sa druhý stimul aplikuje počas obdobia skrátenia alebo rozvoja svalového napätia, dôjde k súčtu dvoch po sebe nasledujúcich kontrakcií a výsledná odozva v amplitúde je výrazne vyššia ako pri jedinom stimule; Ak je svalové vlákno alebo sval stimulovaný s takou frekvenciou, že v období skracovania alebo rozvoja napätia dochádza k opakovaným stimulom, potom dôjde k úplnému zhrnutiu jednotlivých kontrakcií a rozvinie sa. hladký tetanus (Obr. 2.25, B). Tetanus je silná a dlhotrvajúca svalová kontrakcia. Predpokladá sa, že tento jav je založený na zvýšení koncentrácie vápnika vo vnútri bunky, čo umožňuje, aby interakcia medzi aktínom a myozínom a vytváranie svalovej sily krížovými mostíkmi prebiehali dostatočne dlhý čas. Keď sa frekvencia stimulácie zníži, je možné, že počas obdobia relaxácie sa aplikuje opakovaný stimul. V tomto prípade dôjde aj k sumácii svalových kontrakcií, ale bude pozorovaná charakteristická retrakcia na krivke svalovej kontrakcie (obr. 2.25, D) - neúplná sumacia, príp. zubatý tetanus.

Pri tetanuse dochádza k sumácii svalových kontrakcií, zatiaľ čo akčný potenciál svalových vlákien nie je sčítaný.

V prirodzených podmienkach nedochádza k jednotlivým kontrakciám kostrových svalov. Nastáva pridanie, príp superpozícia, skratky jednotlivých neuromotorických jednotiek. V tomto prípade sa sila kontrakcie môže zvýšiť tak v dôsledku zmeny počtu motorických jednotiek zapojených do kontrakcie, ako aj v dôsledku zmeny frekvencie impulzov motorických neurónov. Ak sa frekvencia impulzov zvýši, bude pozorovaný súčet kontrakcií jednotlivých motorických jednotiek.

Jedným z dôvodov zvýšenia kontrakčnej sily v prirodzených podmienkach je frekvencia impulzov generovaných motorickými neurónmi. Druhým dôvodom je zvýšenie počtu excitovaných motorických neurónov a synchronizácia frekvencie ich excitácie. Zvýšenie počtu motorických neurónov zodpovedá zvýšeniu počtu motorických jednotiek zapojených do kontrakcie a zvýšenie stupňa synchronizácie ich excitácie prispieva k zvýšeniu amplitúdy počas superpozície maximálnej kontrakcie vyvinutej každou z nich. motorová jednotka samostatne.

Sila kontrakcie izolovaného kostrového svalu, pričom ostatné veci sú rovnaké, závisí od počiatočnej dĺžky svalu. Mierne natiahnutie svalu vedie k tomu, že sila, ktorú vyvíja, sa zvyšuje v porovnaní so silou, ktorú vyvíja nenatiahnutý sval. Dochádza k súčtu pasívneho napätia spôsobeného prítomnosťou elastických zložiek svalu a aktívnej kontrakcie. Maximálna kontrakčná sila sa dosiahne, keď je veľkosť sarkoméry 2-2,2 µm (obr. 2.26). Zvýšenie dĺžky sarkomér vedie k zníženiu sily kontrakcie, pretože oblasť vzájomného prekrývania aktínových a myozínových vlákien sa znižuje. S dĺžkou sarkoméry 2,9 µm môže sval vyvinúť silu rovnajúcu sa iba 50% maximálneho možného.

V prirodzených podmienkach sa sila kontrakcie kostrových svalov pri naťahovaní, napríklad pri masáži, zvyšuje v dôsledku práce gama eferentov.

Absolútna svalová sila je pomer maximálnej sily svalu k jeho fyziologickému priemeru, t.j. maximálne zaťaženie, ktoré môže sval zdvihnúť, delené celkovou plochou všetkých svalových vlákien. Sila kontrakcie nezostáva počas života konštantná. V dôsledku dlhšej aktivity klesá výkonnosť kostrového svalstva. Tento jav sa nazýva únava. Súčasne sa znižuje sila kontrakcie, zvyšuje sa latentná doba kontrakcie a doba relaxácie.

11. Jednotlivé svalové kontrakcie, ich fázy. Fázy zmien svalovej excitability. Vlastnosti jedinej kontrakcie u novorodencov.

Stimulácia svalu alebo motorického nervu, ktorý ho inervuje jediným stimulom, spôsobuje jedinú kontrakciu svalu. Rozlišuje dve hlavné fázy: fázu kontrakcie a fázu relaxácie. Kontrakcia svalového vlákna začína už pri vzostupnej vetve akčného potenciálu. Trvanie kontrakcie v každom bode svalového vlákna je desaťkrát dlhšie ako trvanie AP. Preto nastáva moment, kedy AP prešlo pozdĺž celého vlákna a skončilo, no vlna kontrakcie celé vlákno pohltila a ďalej sa skracuje. Tomu zodpovedá moment maximálneho skrátenia alebo napätia svalového vlákna.

Kontrakcia každého jednotlivého svalového vlákna počas jednotlivých kontrakcií sa riadi zákonom “ všetko alebo nič". To znamená, že kontrakcia, ku ktorej dochádza pri prahovej aj nadprahovej stimulácii, má maximálnu amplitúdu. Veľkosť jedinej kontrakcie celého svalu závisí od sily stimulácie. Pri prahovej stimulácii je jej kontrakcia sotva badateľná, ale s zvyšujúcou sa silou stimulácie sa zvyšuje, kým nedosiahne určitú výšku, po ktorej zostane nezmenená (maximálna kontrakcia Vysvetľuje sa to tým, že excitabilita jednotlivých svalových vlákien nie je rovnaká, a preto je excitovaná len časť z nich). pri slabej stimulácii sú všetky excitované rýchlosť vlny kontrakcie svalu je rovnaká s rýchlosťou šírenia akčnej sily v m. biceps brachii je 3,5-5,0 m/sec.

Jediná kontrakcia - zníženie o jeden stimul. Delí sa na latentnú fázu, fázu kontrakcie a fázu relaxácie. V momente latentnej periódy nastáva refraktérna fáza. Ale už na začiatku skracovacej fázy je obnovená.

12. Sumár svalových kontrakcií. Tetanické kontrakcie.

Ak v experimente pôsobia dve silné jednotlivé stimulácie na jedno svalové vlákno alebo na celý sval rýchlo za sebou, výsledná kontrakcia bude mať väčšiu amplitúdu ako maximálna jednotlivá kontrakcia. Zdá sa, že kontrakčné účinky spôsobené prvou a druhou stimuláciou sa sčítavajú. Tento jav sa nazýva sumácia kontrakcií. Aby došlo k sumácii, je potrebné, aby interval medzi podráždeniami mal určitú dĺžku – musí byť dlhší ako refraktérna perióda, ale kratší ako celé trvanie jednej kontrakcie, aby druhé podráždenie zasiahlo sval skôr, ako má čas. relaxovať. V tomto prípade sú možné dva prípady. Ak druhý stimul príde, keď sa sval už začal uvoľňovať, na myografickej krivke sa vrchol druhej kontrakcie oddelí od prvej kontrakciou. Ak druhá stimulácia pôsobí, keď prvá kontrakcia ešte nedosiahla svoj vrchol, potom sa zdá, že druhá kontrakcia splýva s prvou a vytvára spolu s ňou jediný súhrnný vrchol. Pre úplný aj neúplný súčet sa PD nesčítavajú. Táto súhrnná kontrakcia ako odpoveď na rytmickú stimuláciu sa nazýva tetanus. V závislosti od frekvencie podráždenia môže byť zubatý alebo hladký.

Dôvod sčítania kontrakcií pri tetanu spočíva v akumulácii iónov Ca++ v interfibrilárnom priestore do koncentrácie 5*10 6 mmol/l. Po dosiahnutí tejto hodnoty ďalšia akumulácia Ca++ nevedie k zvýšeniu amplitúdy tetanu.

Po ukončení tetanickej stimulácie sa vlákna najskôr úplne neuvoľnia a ich pôvodná dĺžka sa obnoví až po určitom čase. Tento jav sa nazýva posttetanická alebo reziduálna kontraktúra. Súvisí to s tým. že z interfibrilárneho priestoru treba viac času odstrániť všetok Ca++, ktorý sa tam dostal pri rytmických podnetoch a nestihol sa úplne odstrániť do cisterien sarkoplazmatického retikula prácou Ca púmp.

Ak sa po dosiahnutí hladkého tetanu frekvencia stimulácie ešte zvýši, potom sa sval pri určitej frekvencii zrazu začne uvoľňovať. Tento jav sa nazýva pesimum . Nastáva vtedy, keď každý nasledujúci impulz spadne do refraktérnosti z predchádzajúceho.

13. Ultraštruktúra myofibríl. Kontraktilné proteíny (aktín, myozín). Regulačné proteíny (troponín, tropomyozín) v zložení tenkých protofibríl. Teória svalovej kontrakcie.

Myofibrily sú kontraktilný aparát svalových vlákien. V priečne pruhovaných svalových vláknach sú myofibrily rozdelené na pravidelne sa striedajúce úseky (disky), ktoré majú rôzne optické vlastnosti. Niektoré z týchto oblastí sú anizotropné, t.j. sú dvojlomné. V normálnom svetle sa javia ako tmavé, ale v polarizovanom svetle sa zdajú byť priehľadné v pozdĺžnom smere a nepriehľadné v priečnom smere. Ostatné oblasti sú izotropné a pri normálnom svetle vyzerajú priehľadné. Anizotropné oblasti sú označené písmenom A, izotropný - ja V strede disku A je svetlý pruh N a v strede disku I je tmavý pruh Z, čo je tenká priečna membrána, cez ktorej póry prechádzajú myofibrily. Vďaka prítomnosti takejto nosnej štruktúry sa paralelné jednociferné disky jednotlivých myofibríl v rámci jedného vlákna počas kontrakcie voči sebe navzájom nepohybujú.

Zistilo sa, že každá z myofibríl má priemer asi 1 μm a pozostáva v priemere z 2500 protofibríl, čo sú predĺžené polymerizované molekuly myozínových a aktínových proteínov. Myozínové vlákna (protofibrily) sú dvakrát hrubšie ako aktínové vlákna. Ich priemer je približne 100 angstromov. V kľudovom stave svalového vlákna sú filamenty umiestnené v myofibrile tak, že tenké dlhé aktínové filamenty vstupujú na svoje konce do priestorov medzi hrubými a kratšími myozínovými filamentmi. V takomto úseku je každá hrubá niť obklopená 6 tenkými. Vďaka tomu sa disky I skladajú iba z aktínových vlákien a disky A tiež pozostávajú z myozínových vlákien. Svetlý prúžok H predstavuje zónu bez aktínových filamentov počas obdobia pokoja. Membrána Z, ktorá prechádza stredom disku I, drží aktínové vlákna pohromade.

Dôležitou súčasťou ultramikroskopickej štruktúry myofibríl sú aj početné krížové mostíky na myozíne. Aktínové filamenty majú zase takzvané aktívne centrá, ktoré sú v pokoji ako obal prekryté špeciálnymi proteínmi - troponínom a tropomyozínom. Kontrakcia je založená na procese kĺzania aktínových filamentov vzhľadom na myozínové filamenty. Toto kĺzanie je spôsobené prácou tzv. „chemická výstroj“, t.j. periodicky sa vyskytujúce cykly zmien stavu priečnych mostíkov a ich interakcie s aktívnymi centrami na aktíne. V týchto procesoch zohrávajú dôležitú úlohu ióny ATP a Ca+.

Pri kontrakcii svalového vlákna sa aktínové a myozínové vlákna neskracujú, ale začínajú po sebe kĺzať: aktínové vlákna sa pohybujú medzi myozínovými vláknami, v dôsledku čoho sa skracuje dĺžka I diskov a A diskami. zachovať ich veľkosť a priblížiť sa k sebe. H prúžok takmer zmizne, pretože konce aktínu sa dotýkajú a dokonca sa navzájom prekrývajú.

14. Vzťah medzi excitáciou a kontrakciou (elektromechanická väzba) vo svalových vláknach. Úloha iónov vápnika. Funkcia sarkoplazmatického retikula.

V kostrovom svale za prirodzených podmienok je iniciátorom svalovej kontrakcie akčný potenciál, ktorý sa pri excitácii šíri po povrchovej membráne svalového vlákna.

Ak sa hrot mikroelektródy priloží na povrch svalového vlákna v oblasti membrány Z, potom pri aplikácii veľmi slabého elektrického stimulu, ktorý spôsobí depolarizáciu, sa disky I na oboch stranách miesta stimulácie začnú skracovať. v tomto prípade sa vzruch šíri hlboko do vlákna, pozdĺž membrány Z. Podráždenie ostatných častí membrány nespôsobuje takýto účinok. Z toho vyplýva, že depolarizácia povrchovej membrány v oblasti disku I počas šírenia AP je spúšťacím mechanizmom kontraktilného procesu.

Ďalšie štúdie ukázali, že dôležitým medzičlánkom medzi depolarizáciou membrány a začiatkom svalovej kontrakcie je prienik voľných iónov CA++ do interfibrilárneho priestoru. V pokoji je väčšina Ca++ vo svalovom vlákne uložená v sarkoplazmatickom retikule.

V mechanizme svalovej kontrakcie hrá zvláštnu úlohu tá časť sietnice, ktorá je lokalizovaná v oblasti membrány Z. Elektrónová mikroskopia odhalí tzv. retikulum. triáda (T-systém), z ktorých každá pozostáva z tenkej priečnej trubice centrálne umiestnenej v oblasti membrány Z, prebiehajúcej cez vlákno, a dvoch laterálnych cisterien sarkoplazmatického retikula, ktoré obsahujú viazaný Ca++. PD, šíriaci sa po povrchovej membráne, sa prenáša hlboko do vlákna pozdĺž priečnych rúrok triád. Potom sa vzruch prenesie do cisterien, depolarizuje ich membránu a tá sa stáva priepustnou pre CA++.

Experimentálne sa zistilo, že existuje určitá kritická koncentrácia voľných iónov Ca++, pri ktorej začína kontrakcia myofibríl. Rovná sa 0,2-1,5 * 106 iónov na vlákno. Zvýšenie koncentrácie Ca++ na 5*106 už spôsobuje maximálnu kontrakciu.

Začiatok svalovej kontrakcie je obmedzený na prvú tretinu vzostupnej končatiny AP, kedy jej hodnota dosiahne približne 50 mV. Predpokladá sa, že práve pri tejto veľkosti depolarizácie sa koncentrácia Ca++ stáva prahom pre začiatok interakcie medzi aktínom a myozínom.

Proces uvoľňovania Ca++ sa zastaví po skončení vrcholu AP. Napriek tomu sa kontrakcia stále zvyšuje, až kým nevstúpi do hry mechanizmus, ktorý zabezpečuje návrat Ca++ do cisterien retikula. Tento mechanizmus sa nazýva „vápnikové čerpadlo“. Na vykonávanie svojej práce sa využíva energia získaná rozkladom ATP.

V interfibrilárnom priestore Ca++ interaguje s proteínmi, ktoré pokrývajú aktívne centrá aktínových filamentov – troponínom a tropomyozínom, čím poskytuje príležitosť na reakciu myozínových krížových mostíkov a aktínových filamentov.

Sled udalostí vedúcich ku kontrakcii a následnej relaxácii svalového vlákna je teda v súčasnosti znázornený nasledovne:

15. Únava pri svalovej práci. Príčiny únavy. Koncept aktívneho oddychu.

Únava je prechodný pokles výkonnosti bunky, orgánu alebo celého organizmu, ktorý vzniká v dôsledku práce a po odpočinku zmizne.

Ak dlhodobo dráždite izolovaný sval rytmickými elektrickými podnetmi, na ktoré je zavesená malá záťaž, tak amplitúda jeho kontrakcií postupne klesá, až klesne na nulu. Zaznamená sa krivka únavy. Spolu so zmenou amplitúdy kontrakcií pri únave sa zvyšuje latentná perióda kontrakcie, predlžuje sa doba svalovej relaxácie a zvyšuje sa prah podráždenia, t.j. excitabilita klesá. Všetky tieto zmeny sa nevyskytujú ihneď po začiatku práce, existuje určité obdobie, počas ktorého sa pozoruje zvýšenie amplitúdy kontrakcií a mierne zvýšenie svalovej excitability. Zároveň sa stáva ľahko roztiahnuteľným. V takýchto prípadoch hovoria, že sval je „zapracovaný“, t.j. prispôsobuje sa práci v danom rytme a sile podráždenia. Po období práceneschopnosti nastáva obdobie stabilného výkonu. Pri ďalšom dlhotrvajúcom dráždení dochádza k únave svalových vlákien.

Pokles výkonnosti svalu izolovaného od tela pri dlhotrvajúcom podráždení je spôsobený dvoma hlavnými dôvodmi. Prvým z nich je, že pri kontrakciách sa vo svale hromadia produkty látkovej premeny (kyselina fosforečná, väzba Ca++, kyselina mliečna a pod.), ktoré pôsobia tlmivo na svalovú výkonnosť. Niektoré z týchto produktov, ako aj Ca ióny, difundujú z vlákien von do pericelulárneho priestoru a majú supresívny účinok na schopnosť excitabilnej membrány generovať AP. Takže, ak sa izolovaný sval umiestnený v malom objeme Ringerovej tekutiny dostane do bodu úplnej únavy, potom stačí vymeniť roztok, ktorý ho premyje, aby sa obnovili svalové kontrakcie.

Ďalším dôvodom rozvoja únavy v izolovanom svale je postupné vyčerpávanie jeho energetických zásob. Pri dlhšej práci sa obsah glykogénu vo svale prudko znižuje, v dôsledku čoho sú narušené procesy resyntézy ATP a CP potrebné na kontrakciu.

Treba poznamenať, že v prirodzených podmienkach existencie organizmu sa únava motorického systému pri dlhodobej práci vyvíja úplne inak ako pri experimente s izolovaným svalom. Je to spôsobené nielen skutočnosťou, že sval je v tele neustále zásobovaný krvou, a preto s ním prijíma potrebné živiny a oslobodzuje sa od metabolických produktov. Hlavným rozdielom je, že v tele prichádzajú vzrušujúce impulzy do svalu z nervu. Nervovosvalová synapsia sa unaví oveľa skôr ako svalové vlákno, v dôsledku rýchleho vyčerpania nahromadených zásob neurotransmiterov. To spôsobuje blokádu prenosu vzruchov z nervu do svalu, čo chráni sval pred vyčerpaním spôsobeným dlhotrvajúcou prácou. V celom organizme sa nervové centrá (nervovo-nervové kontakty) pri práci unavia ešte skôr.

Úlohu nervového systému pri únave celého organizmu dokazujú štúdie únavy v hypnóze (záťažový kôš), preukazujúce vplyv „aktívneho odpočinku“ na únavu, úlohu sympatického nervového systému (Orbeli-Ginetzinského fenomén ), atď.

Ergografia sa používa na štúdium svalovej únavy u ľudí. Tvar únavovej krivky a množstvo vykonanej práce sa extrémne líšia medzi rôznymi jednotlivcami a dokonca aj medzi tým istým subjektom za rôznych podmienok.

16. Fyziologické vlastnosti hladkého svalstva. Plastický tón hladkých svalov.

Dôležitou vlastnosťou hladkého svalstva je jeho veľkosť plast , tie. schopnosť udržať dĺžku danú strečingom bez zmeny napätia. Naopak, kostrové svalstvo sa po odstránení záťaže okamžite skracuje. Hladký sval zostáva natiahnutý, kým pod vplyvom určitého podráždenia nedôjde k jeho aktívnej kontrakcii. Vlastnosť plasticity má veľký význam pre normálnu činnosť dutých orgánov - vďaka nej sa tlak vo vnútri dutého orgánu mení pomerne málo pri rôznych stupňoch jeho naplnenia.

Existujú rôzne typy hladkých svalov. V stenách väčšiny dutých orgánov sa nachádzajú svalové vlákna s dĺžkou 50-200 mikrónov a priemerom 4-8 mikrónov, ktoré spolu veľmi tesne susedia, a preto sa pri mikroskopickom skúmaní zdá, že morfologicky tvoria jeden celok. Elektrónové mikroskopické vyšetrenie však ukazuje, že sú od seba oddelené medzibunkovými medzerami, ktorých šírka môže byť 600-1500 angstromov. Napriek tomu hladké svalstvo funguje ako jeden celok. To je vyjadrené v skutočnosti, že AP a pomalé vlny depolarizácie sa šíria bez prekážok z jedného vlákna do druhého.

V niektorých hladkých svaloch, napríklad v ciliárnom svale oka alebo svaloch dúhovky, sú vlákna umiestnené oddelene a každé má svoju vlastnú inerváciu. Vo väčšine hladkých svalov sú motorické nervové vlákna umiestnené len na malom počte vlákien.

Pokojový potenciál vlákien hladkého svalstva, ktoré majú automatiku, vykazuje neustále malé výkyvy. Jeho hodnota pri intracelulárnej abdukcii je 30-70 mV. Pokojový potenciál vlákien hladkého svalstva, ktoré nemajú automatiku, je stabilný a rovná sa 60-70 mV. V oboch prípadoch je jeho hodnota menšia ako kľudový potenciál kostrového svalstva. Je to spôsobené tým, že membrána vlákien hladkého svalstva v pokoji sa vyznačuje pomerne vysokou priepustnosťou pre ióny Na. Akčné potenciály v hladkých svaloch sú tiež o niečo nižšie ako v kostrových svaloch. Prebytok nad pokojovým potenciálom nie je väčší ako 10-20 mV.

Iónový mechanizmus výskytu AP v hladkých svaloch je trochu odlišný od mechanizmu v kostrových svaloch. Zistilo sa, že regeneračná membránová depolarizácia, ktorá je základom akčného potenciálu v mnohých hladkých svaloch, je spojená so zvýšením membránovej permeability pre ióny Ca++, a nie Na+.

Mnohé hladké svaly vykazujú spontánnu, automatickú aktivitu. Je charakterizovaný pomalým poklesom pokojového membránového potenciálu, ktorý je po dosiahnutí určitej úrovne sprevádzaný výskytom AP.

nervových a kostrových svalových vlákien sa vzruch šíri lokálnymi elektrickými prúdmi vznikajúcimi medzi depolarizovanými a priľahlými pokojovými úsekmi bunkovej membrány. Rovnaký mechanizmus je charakteristický aj pre hladké svaly. Avšak na rozdiel od toho, čo sa vyskytuje v kostrových svaloch, v hladkých svaloch sa akčný potenciál vznikajúci v jednom vlákne môže rozšíriť na susedné vlákna. Je to spôsobené tým, že v membráne buniek hladkého svalstva v oblasti kontaktov so susednými sú oblasti s relatívne nízkym odporom, cez ktoré prúdové slučky vznikajúce v jednom vlákne ľahko prechádzajú do susedných, čo spôsobuje depolarizácia ich membrán. V tomto ohľade je hladký sval podobný srdcovému svalu. Rozdiel je len v tom, že v srdci je z jednej bunky excitovaný celý sval a v hladkých svaloch sa z neho PD vznikajúca v jednej oblasti šíri len do určitej vzdialenosti, ktorá závisí od sily aplikovaného podnetu.

Ďalšou významnou vlastnosťou hladkého svalstva je, že akčný potenciál šírenia smerom nadol nastáva iba vtedy, ak aplikovaný stimul súčasne vzruší určitý minimálny počet svalových buniek. Táto "kritická zóna" má priemer asi 100 mikrónov, čo zodpovedá 20-30 paralelným bunkám. Rýchlosť excitácie v rôznych hladkých svaloch sa pohybuje od 2 do 15 cm/s. tie. podstatne menej ako v kostrovom svalstve.

Rovnako ako v kostrových svaloch, aj v hladkých svaloch majú akčné potenciály spúšťaciu hodnotu pre začiatok kontraktilného procesu. Spojenie medzi excitáciou a kontrakciou sa tu tiež uskutočňuje pomocou Ca++. Vo vláknach hladkého svalstva je však sarkoplazmatické retikulum slabo exprimované, takže vedúca úloha v mechanizme kontrakcie je priradená tým iónom Ca++, ktoré prenikajú do svalového vlákna počas vytvárania akčného potenciálu.

Pri veľkej sile jednorazového podráždenia môže dôjsť ku kontrakcii hladkého svalstva. Latentná doba jeho kontrakcie je oveľa dlhšia ako skeletálna, dosahuje 0,25-1 sek. Dĺžka samotnej kontrakcie je tiež dlhá – do 1 minúty. K relaxácii dochádza najmä pomaly po kontrakcii. Kontrakčná vlna sa šíri hladkými svalmi rovnakou rýchlosťou ako excitačná vlna (2-15 cm/s). Ale táto pomalosť kontrakčnej aktivity je kombinovaná s veľkou silou kontrakcie hladkého svalstva. Svaly žalúdka vtákov sú teda schopné zdvihnúť 2 kg na 1 mm štvorcový. jeho prierez.

V dôsledku pomalosti kontrakcie hladká svalovina aj pri zriedkavej rytmickej stimulácii (10-12 za minútu) ľahko prechádza do dlhodobého stavu pretrvávajúcej kontrakcie, ktorá pripomína tetanus kostrového svalstva. Náklady na energiu na takéto zníženie sú však veľmi nízke.

Schopnosť automatizovať hladké svaly je vlastná ich svalovým vláknam a je regulovaná nervovými prvkami, ktoré sa nachádzajú v stenách orgánov hladkého svalstva. Myogénna povaha automatiky bola dokázaná experimentmi na pásoch svalov črevnej steny oslobodených od nervových elementov. Hladký sval reaguje na všetky vonkajšie vplyvy zmenou frekvencie spontánnych rytmov, čo má za následok kontrakcie alebo relaxácie svalu. Účinok podráždenia hladkého svalstva čreva závisí od vzťahu medzi frekvenciou stimulácie a prirodzenou frekvenciou spontánnych rytmov: pri nízkom tonusu - zriedkavá spontánna PD - aplikované podráždenie zvyšuje tonus pri vysokom tonusu, ako odpoveď na podráždenie nastáva relaxácia; pretože nadmerné zrýchlenie impulzov vedie k tomu, že každý nasledujúci impulz spadne do refraktérnej fázy z predchádzajúcej.

17. Stavba a funkcie nervových vlákien. Mechanizmus excitácie

myelinizované a nemyelinizované nervové vlákna. Význam uzlov Ranviera.

Hlavnou funkciou axónov je vedenie impulzov vznikajúcich v neuróne. Axóny môžu byť pokryté myelínovým obalom (myelinizované vlákna) alebo môžu chýbať (nemyelinizované vlákna). Myelinizované vlákna sú bežnejšie v motorických nervoch, zatiaľ čo nemyelinizované vlákna prevládajú v autonómnom (autonómnom) nervovom systéme.

Jednotlivé myelinizované nervové vlákno pozostáva z axiálneho valca pokrytého myelínovým plášťom tvoreným Schwannovými bunkami. Axiálny valec má membránu a axoplazmu. Myelínová pošva je produktom činnosti Schwannovej bunky a pozostáva z 80 % lipidov s vysokou ohmickou odolnosťou a 20 % bielkovín.

Myelínová pošva nepokrýva axiálny valec súvislým krytom, ale je prerušená a ponecháva otvorené oblasti axiálneho valca, nazývané Ranvierove uzly. Dĺžka úsekov medzi týmito úsekmi je rôzna a závisí od hrúbky nervového vlákna: čím je hrubšie, tým väčšia je vzdialenosť medzi úsekmi (obr. 2.17).

Nemyelinizované nervové vlákna sú pokryté iba Schwannovou pošvou.

Vedenie vzruchu v nemyelinizovaných vláknach sa líši od vedenia v myelinizovaných vláknach v dôsledku odlišnej štruktúry membrán. V nemyelinizovaných vláknach vzruch postupne pokrýva priľahlé úseky membrány axiálneho valca a tak sa šíri ku koncu axónu. Rýchlosť šírenia vzruchu pozdĺž vlákna je určená jeho priemerom.

V nervových vláknach bez myelínu, kde metabolické procesy nezabezpečujú rýchlu kompenzáciu energetického výdaja na vzruch, dochádza k šíreniu tohto vzruchu s postupným oslabovaním – s dekrementom. Dekrementálne vedenie vzruchu je charakteristické pre nízko organizovaný nervový systém.

U vyšších živočíchov, predovšetkým vďaka prítomnosti myelínovej pošvy a dokonalosti metabolizmu v nervovom vlákne, excitácia prechádza bez vyblednutia, bez úbytku. To je uľahčené prítomnosťou rovnakého náboja v celej membráne vlákna a jeho rýchlou obnovou po prechode excitácie.

V myelinizovaných vláknach excitácia pokrýva iba oblasti uzlových záchytov, to znamená, že obchádza oblasti pokryté myelínom. Toto vedenie vzruchu pozdĺž vlákna sa nazýva soľný (rozstup). V uzloch dosahuje počet sodíkových kanálov 12 000 na 1 µm, čo je výrazne viac ako v ktorejkoľvek inej časti vlákna. Výsledkom je, že uzlové záchyty sú najviac vzrušivé a poskytujú väčšiu rýchlosť budenia. Doba vedenia vzruchu pozdĺž myelínového vlákna je nepriamo úmerná dĺžke medzi prerušeniami.

Vedenie vzruchu pozdĺž nervového vlákna nie je dlhodobo (veľa hodín) narušené. To naznačuje nízku únavu nervového vlákna. Predpokladá sa, že nervové vlákno je relatívne neúnavné vďaka tomu, že procesy resyntézy energie v ňom prebiehajú dostatočne vysokou rýchlosťou a dokážu obnoviť energetický výdaj, ku ktorému dochádza pri prechode vzruchu.

V momente excitácie sa energia nervového vlákna vynakladá na činnosť sodíkovo-draselnej pumpy. Obzvlášť veľké množstvo energie sa plytvá v uzloch Ranvier kvôli vysokej hustote sodíkovo-draslíkových kanálov.

J. Erlanger a H. Gasser (1937) ako prví klasifikovali nervové vlákna na základe rýchlosti excitácie. Rýchlosť excitácie pozdĺž zmiešaných nervových vlákien sa mení pri použití extracelulárnej elektródy. Samostatne sa zaznamenávajú potenciály vlákien vedúcich budenie pri rôznych rýchlostiach (obr. 2.18).

V závislosti od rýchlosti excitácie sa nervové vlákna delia na tri typy: A, B, C. Vlákna typu A sa zase delia do štyroch skupín: A α , A β , A γ , A δ . Vlákna skupiny A majú najvyššiu rýchlosť vedenia (až 120 m/s) α , ktorý pozostáva z vlákien s priemerom 12-22 mikrónov. Ostatné vlákna majú menší priemer, a teda excitácia cez ne nastáva pri nižšej rýchlosti (tabuľka 2.4).

Nervový kmeň je tvorený veľkým počtom vlákien, ale vzruch idúci pozdĺž každého z nich sa neprenáša na susedné. Táto vlastnosť vedenia vzruchu pozdĺž nervu sa nazýva zákon izolovaného vedenia vzruchu pozdĺž jedného nervového vlákna. Možnosť takéhoto konania má veľký fyziologický význam, pretože zabezpečuje napríklad izoláciu kontrakcie každej neuromotorickej jednotky.

Schopnosť nervového vlákna viesť vzruch izolovaným spôsobom je spôsobená prítomnosťou membrán, ako aj tým, že odpor tekutiny vypĺňajúcej medzivláknové priestory je výrazne nižší ako odpor membrány vlákna. Preto je prúd, ktorý opúšťa excitované vlákno, posunutý v kvapaline a ukáže sa, že je slabý pre vzrušujúce susedné vlákna. Nevyhnutnou podmienkou vedenia vzruchu v nerve je nielen jeho anatomická kontinuita, ale aj jeho fyziologická celistvosť. V akomkoľvek kovovom vodiči bude prúdiť elektrický prúd, pokiaľ vodič zachová fyzickú kontinuitu. Pre nervového „vodiča“ tento stav nestačí: nervové vlákno si musí zachovať aj fyziologickú integritu. Ak dôjde k porušeniu vlastností vláknitej membrány (ligácia, blokáda novokainom, amoniakom atď.), vedenie vzruchu pozdĺž vlákna sa zastaví. Ďalšou vlastnosťou charakteristickou pre vedenie vzruchu pozdĺž nervového vlákna je schopnosť obojstranného vedenia. Aplikácia stimulácie medzi dvoma výstupnými elektródami na povrchu vlákna indukuje elektrické potenciály pod každou elektródou.

Tabuľka - Rýchlosť vzruchu pozdĺž nervových vlákien

Skupina vlákien	Priemer vlákna, µm	Rýchlosť vedenia, m/s

18. Zákony vedenia vzruchu pozdĺž nervov. Klasifikácia nervových vlákien. Rýchlosť excitácie pozdĺž nervových vlákien, jej charakteristiky súvisiace s vekom.

19. Štruktúra nervovosvalovej synapsie. Mechanizmus prenosu vzruchu z nervu do svalu.Potenciál koncovej dosky, jeho vlastnosti.

Synapsie sú kontakty, ktoré vytvárajú neuróny ako nezávislé entity. Synapsia je zložitá štruktúra a skladá sa z presynaptickej časti (koniec axónu, ktorý prenáša signál), synaptickej štrbiny a postsynaptickej časti (štruktúra prijímacej bunky).

Neuromuskulárne synapsie zabezpečujú vedenie vzruchu z nervového vlákna do svalového vlákna vďaka mediátoru acetylcholínu, ktorý pri excitácii nervového zakončenia prechádza do synaptickej štrbiny a pôsobí na koncovú platničku svalového vlákna.

Acetylcholín sa tvorí a hromadí vo forme vezikúl v presynaptickom zakončení. Pri excitácii elektrickým impulzom putujúcim pozdĺž axónu sa presynaptická časť synapsie stáva priepustnou pre acetylcholín.

Táto permeabilita je možná vďaka tomu, že v dôsledku depolarizácie presynaptickej membrány sa otvoria jej vápnikové kanály. Ión Ca2+ vstupuje do presynaptickej časti synapsie zo synaptickej štrbiny. Acetylcholín sa uvoľňuje a vstupuje do synaptickej štrbiny. Tu interaguje so svojimi receptormi na postsynaptickej membráne patriacej do svalového vlákna. Receptory, keď sú excitované, otvárajú proteínový kanál uložený v lipidovej vrstve membrány. Ióny Na+ prenikajú do svalovej bunky cez otvorený kanál, čo vedie k depolarizácii membrány svalovej bunky, čo vedie k rozvoju takzvaného potenciálu koncovej platne (EPP). Keďže tento potenciál je normálne vždy nad prahovou hodnotou, spôsobuje akčný potenciál, ktorý sa šíri pozdĺž svalového vlákna a spôsobuje kontrakciu. Potenciál koncovej platničky je krátky, pretože acetylcholín je po prvé rýchlo odpojený od receptorov a po druhé je hydrolyzovaný AChE.

Nervovosvalová synapsia prenáša vzruch v jednom smere: z nervového zakončenia na postsynaptickú membránu svalového vlákna, čo je spôsobené prítomnosťou chemickej väzby v mechanizme nervovosvalového prenosu.

Rýchlosť excitácie cez synapsiu je oveľa nižšia ako pozdĺž nervového vlákna, pretože čas sa tu strávi aktiváciou presynaptickej membrány, prechodom vápnika cez ňu, uvoľňovaním acetylcholínu do synaptickej štrbiny, depolarizáciou postsynaptickej membrány. membrány a vývoj PPP.

Vysvetľujúca poznámka

Navrhovaný výberový predmet obsahuje informácie o bunke - elementárnej jednotke živej prírody - a je určený pre študentov odborných tried so záujmom o cytológiu a biochémiu. Navrhovaný výberový predmet podporuje a prehlbuje základné poznatky z biológie. Štúdium výberového predmetu pomôže pri výbere ďalšieho vzdelávania a odborných činností.

Kurz nadväzuje na vedomosti a zručnosti, ktoré študenti nadobudli štúdiom biológie. Počas vyučovania sa od študentov očakáva, že získajú skúsenosti s vyhľadávaním informácií o navrhovanej problematike. Študenti si zdokonaľujú svoje zručnosti pri príprave abstraktov, správ, správ na zvolenú tému a precvičujú si experimentálne techniky.

Výberový kurz trvá 35 hodín. Program zabezpečuje štúdium teoretickej problematiky, vedenie seminárov a laboratórne práce.

Účel kurzu: hĺbkové štúdium štruktúry a vlastností bunky, nevyhnutné pre komplexné pochopenie biologických faktov, javov a procesov.

Ciele kurzu: rozvíjanie schopnosti identifikovať, odhaliť a použiť vzťah medzi štruktúrou a funkciou bunky pri zvažovaní biologických procesov a javov; upevňovanie zručností a schopností potrebných pre laboratórnu prácu; zapájanie žiakov do samostatnej práce s doplnkovou literatúrou; stimulácia kognitívnej aktivity študentov so záujmom o cytológiu a biochémiu; formovanie zručností a schopností pre komplexné pochopenie poznatkov v biológii.

Základná koncepcia kurzu: využitie integrovaného prístupu pri štúdiu organizmov na rôznych úrovniach organizácie, formovanie evolučného myslenia.

V dôsledku štúdia kurzu študenti by mali vedieť:

– prístroj mikroskopu a spôsoby práce s ním;
– ustanovenia bunkovej teórie;
– podobnosti a rozdiely medzi rastlinnými a živočíšnymi bunkami;
– úloha rôznych chemických zlúčenín v bunke;
– hlavné zložky a organely bunky;
– štruktúrne znaky prokaryotických a eukaryotických buniek;
- poruchy metabolizmu bielkovín a uhľohydrátov;
– význam jednotlivých minerálnych prvkov.

Študenti by mali byť schopní:

– práca s mikroskopom;
– pomenovať hlavné časti bunky, rozpoznať ich na schémach a fotografiách;
– robiť jednoduché prípravy na mikroskopické vyšetrenie;
– správne formátovať laboratórne práce;
– samostatne pracovať s doplnkovou literatúrou a využívať moderné technológie.

Článok vyšiel s podporou elektronického kurzu prípravy na Jednotnú štátnu skúšku z matematiky. Jednotná štátna skúška z matematiky základná a profilová úroveň. Videoprednášky, online prezentácie a pohodlné testy na prípravu na Jednotnú štátnu skúšku 2016. Rýchla a efektívna príprava na Jednotnú štátnu skúšku z matematiky pre prijatie na popredné univerzity v Rusku. Ďalšie podrobnosti nájdete na webovej stránke, ktorá sa nachádza na adrese: „USE-in-mathematics.online“.

Téma 1. Bunka: história štúdia (3 hodiny)

Lekcia 1. Úvod do bunkovej cytológie. Bunka je integrálny systém. História štúdia buniek. Úlohy modernej cytológie.

Lekcia č. 2 . Tvorba bunkovej teórie. Metódy na štúdium buniek. Paralelnosť vo vývoji mikroskopickej technológie a úroveň cytologického výskumu.

Lekcia č. 3 . Laboratórna práca č.1."Návrh mikroskopu a mikroskopické techniky."

Téma 2. Bunková chémia (8 hodín)

Lekcia 1. Chemické prvky v bunke. Vlastnosti chemického zloženia živých vecí. Ióny v bunke a tele. Obsah chemických zlúčenín v bunke. Úloha vody v živom systéme.

Lekcia č. 2 . Organické zlúčeniny. Chémia proteínov. Proteíny sú koloidy, proteíny sú amfotérne elektrolyty, proteíny sú hydrofilné zlúčeniny.

Laboratórna práca č.2."Dôkaz biokatalytickej funkcie enzýmových proteínov".

Lekcia č. 3 . Esenciálne aminokyseliny. Patologické javy pri nedostatku bielkovín v potravinách a poruchy metabolizmu bielkovín.

Lekcia č. 4 . Laboratórna práca č.3."Detekcia proteínov v biologických objektoch."

Lekcia č. 5 . Sacharidy sú najbežnejšie organické látky na Zemi. Vzťah medzi štruktúrou sacharidov a biologickými funkciami. Patológie spojené so zhoršeným metabolizmom uhľohydrátov v tele: hladina cukru v krvi je normálna av patológiách hyper- a hypoglykémia, diabetes mellitus.

Lekcia č. 6 . Laboratórna práca č.4."Detekcia sacharidov v biologických objektoch."

Lekcia č. 7 . Lipidy. Úloha lipidov pri vzniku určitej autonómie biologického systému, akým je bunka.

Laboratórna práca č.5."Detekcia lipidov v biologických objektoch."

Lekcia č. 8 . Nukleové kyseliny. Model Watsona a Cricka.

Laboratórna práca č.6.„Izolácia deoxynukleoproteínu z tkaniva sleziny (pečene). Kvalitatívna reakcia na DNA."

Téma 3. Všeobecný plán bunkovej štruktúry (10 hodín)

Lekcia 1 . Membrána. Moderný model štruktúry bunkovej membrány. Bunková stena, glykokalyx.

Lekcia č. 2 . Cytoskelet, jeho zložky a funkcie v rôznych typoch buniek.

Lekcia č. 3 . Membránový transport.

Lekcia č. 4 . Endocytóza a receptorová funkcia membrány.

Lekcie č. 5–6 . Membránové organely bunky.

Lekcie č. 7–8. Nemembránové bunkové organely. Prokaryoty a eukaryoty. Živočíšna a rastlinná eukaryotická bunka.

Laboratórna práca č.7."Štrukturálne vlastnosti prokaryotov a eukaryotov."

Lekcia č. 9 . Laboratórna práca č.8."Fyziologické vlastnosti bunkovej membrány".

Lekcia č. 10 . Seminár. Perspektívy rozvoja membranológie.

Téma 4. Metabolizmus (6 hodín)

Lekcia 1 . Zdroje bunkovej energie. Heterotrofy a autotrofy.

Lekcia č. 2 . Mitochondrie sú energetické stanice bunky. Schéma biosyntézy ATP.

Lekcia č. 3 . Mechanizmus fotosyntézy. Chemosyntéza.

Lekcia č. 4 . Biosyntéza bielkovín. Štruktúra génu. Prepis.

Lekcia č. 5 . Ribozómy. Typy a štruktúry ribozómov u prokaryotov a eukaryotov.

Lekcia č. 6 . Vysielanie. Regulácia transkripcie a prekladu. Epigenetické faktory.

Téma 5. Jadrový aparát a reprodukcia buniek (6 hodín)

Lekcia 1 . Koncept chromatínu. Jadro eukaryotickej bunky. karyoplazma.

Lekcia č. 2 . Životný cyklus bunky. Reprodukcia buniek.

Lekcia č. 3 . Koncept kmeňových buniek.

Lekcia č. 4 . Starnutie a bunková smrť. Nekróza a apoptóza. Rakovina.

Lekcia č. 5 . Laboratórna práca č.9. "Mitóza v bunkách koreňov cibule."

Lekcia č. 6 . Seminár.

Téma 6. Bunková evolúcia (2 hodiny)

Lekcie č. 1–2 . Teória evolúcie prokaryotov a eukaryotov. Záverečná konferencia „Primárne štádiá biologickej evolúcie“.

Laboratórna práca č. 1 „Návrh svetelného mikroskopu a mikroskopické techniky“

Cieľ práce: na základe znalosti štruktúry svetelného mikroskopu zvládnuť techniku ​​mikroskopovania a prípravu dočasných mikrosklíčok. Oboznámte sa s pravidlami vykonávania laboratórnych prác.

Vybavenie: mikroskop pre každého študenta. Sklíčka a krycie poháre, pipety, poháre na vodu, vata, filtračný papier, pinzeta, nožnice, zápisník, album. Schéma mikroskopu a jeho častí.

Pokrok

Zvážte hlavné časti mikroskopu: mechanické, optické a svetelné.

Mechanická časť obsahuje: statív, stolík, trubicu, revolver, makro- a mikrometrické skrutky.

Optická časť mikroskopu je reprezentovaná okulárom a objektívmi. Okulár (lat. okulus– oko) sa nachádza v hornej časti trubice a smeruje do oka. Ide o systém šošoviek uzavretých v puzdre. Podľa čísla na hornej ploche okuláru môžete posúdiť jeho faktor zväčšenia (×7, ×10, ×15). V prípade potreby je možné okulár vybrať z tubusu a nahradiť ho iným. Na opačnej strane trubice je otočná doska alebo revolver (lat. revolvo– otočiť), ktorý obsahuje objímky na šošovky. Šošovka je sústava šošoviek, ktoré majú rôzne zväčšenia. K dispozícii je šošovka s malým zväčšením (×8), šošovka s veľkým zväčšením (×40) a imerzná šošovka na štúdium malých predmetov (×90). Celkové zväčšenie mikroskopu sa rovná zväčšeniu okuláru vynásobenému zväčšením objektívu.

Osvetľovacia časť pozostáva zo zrkadla, kondenzora a membrány.

Kondenzátor je umiestnený medzi zrkadlom a stolíkom. Skladá sa z dvoch šošoviek. Na pohyb kondenzátora sa používa špeciálna skrutka. Keď je kondenzor znížený, osvetlenie sa znižuje, keď je zdvihnuté, zvyšuje sa. Zmenou polohy membránových dosiek môžete tiež nastaviť osvetlenie pomocou špeciálneho gombíka.

Cvičenie: Nakreslite mikroskop a označte jeho časti.

Pravidlá pre prácu s mikroskopom

1. Mikroskop postavte tak, aby statív smeroval k vám a stolík bol od vás.

2. Umiestnite šošovku s malým zväčšením do pracovnej polohy.

3. Pri pozeraní cez okulár ľavým okom otáčajte zrkadlom v rôznych smeroch, kým nebude zorné pole jasne a rovnomerne osvetlené.

4. Pripravený prípravok položte na stolík (krycie sklo nahor) tak, aby bol v strede otvoru v stolíku.

5. Pod vizuálnou kontrolou (pozerajte sa nie cez okulár, ale zboku) pomaly spúšťajte tubus pomocou makroskrutky tak, aby bola šošovka vo vzdialenosti 2 mm od preparátu.

6. Pri pohľade cez okulár pomaly zdvíhajte tubus, kým sa neobjaví obraz objektu.

7. Aby sa pristúpilo k skúmaniu predmetu pri veľkom zväčšení mikroskopu, je potrebné preparáciu vycentrovať, t.j. umiestnite objekt do stredu zorného poľa.

8. Otáčaním revolvera presuňte šošovku s vysokým zväčšením do pracovnej polohy.

9. Skúmavku spustite pod vizuálnou kontrolou takmer dovtedy, kým sa nedostane do kontaktu s liekom.

10. Pri pohľade cez okulár pomaly zdvíhajte tubus, kým sa nezobrazí obraz.

11. Na jemné zaostrenie použite mikroskopickú skrutku.

12. Pri skicovaní preparátu sa pozerajte do okuláru ľavým okom.

Cvičenie: prepísať pravidlá práce s mikroskopom do zošita na laboratórne práce.

Spôsob prípravy dočasného prípravku

1. Vezmite podložné sklo, držte ho za bočné okraje a položte ho na stôl.

2. Do stredu pohára umiestnite predmet, napríklad 1,5 cm dlhé kúsky vaty, pomocou pipety naneste na predmet jednu kvapku vody.

3. Na sklíčko položte krycie sklo. Prebytočnú vodu odstráňte kúskom filtračného papiera.

4. Zvážte hotový liek.

5. Načrtnite do albumu, ako vyzerajú vlákna vaty pri malom a veľkom zväčšení.

Mikroskopovanie prvokov

Z akvária, ktoré nebolo dlho čistené, vezmite kvapku spolu s vetvičkou rastliny alebo listom kačičky a preskúmajte ju pod mikroskopom pri malom zväčšení. Zvyčajne sú viditeľné rôzne prvoky: nálevníky, améby - voľne žijúce a pripojené k riasam (suvoiki). Vo vode sa môžu vyskytovať aj mnohobunkové organizmy – drobné červy a kôrovce (cyklopy, dafnie). Pri pohľade na tento prípravok si môžete precvičiť nasmerovanie mikroskopu na pohybujúce sa objekty.

Pravidlá pre ukončenie laboratórnych prác

Nevyhnutným prvkom mikroskopického štúdia objektu je jeho načrtnutie do albumu. K tomu potrebujete mať album 21x30 cm a ceruzky (jednoduché a farebné). Notebook je potrebný na zaznamenávanie textových materiálov a kompletných schém.

1. Môžete kresliť iba na jednu stranu listu.

2. Pred začatím skice si napíšte názov témy v hornej časti stránky.

3. Výkres by mal byť veľký, detaily sú jasne viditeľné.

4. Kresba musí správne odrážať tvary, pomer objemu a veľkosti jednotlivých častí a celku.

Najprv musíte nakresliť obrys objektu (veľký), potom dovnútra - obrysy detailov a potom ich jasne nakresliť.

5. Nakreslite, jasne opakujte všetky čiary objektu. Aby ste to urobili, nesmiete odtrhnúť oči od mikroskopu, ale iba prepnúť pozornosť z objektu na kresbu (treba sa to naučiť).

6. Každý výkres musí byť označený časťami. Všetky nápisy musia byť navzájom rovnobežné. Na jednotlivé časti predmetu sú umiestnené šípky a ku každej časti je napísaný názov časti predmetu.

Laboratórna práca č. 2. „Dôkaz biokatalytickej funkcie enzýmových proteínov“

Cieľ práce: dokázať katalytický účinok enzýmových proteínov, preukázať ich vysokú špecifickosť, optimálnu aktivitu za fyziologických podmienok.

Vybavenie: stojan so skúmavkami, 1 ml pipety, vodný kúpeľ, termostat; 1% roztok škrobu, 1% roztok jódu v jodide draselnom, 5% roztok síranu meďnatého, 10% roztok hydroxidu sodného, ​​2% roztok sacharózy, 0,2% roztok kyseliny chlorovodíkovej, roztok slín zriedený vodou 5-krát (do 1 objemu slín pridajte 4 objemy vody).

Pokrok

1. Enzymatická hydrolýza škrobu

Slinná amyláza pôsobí ako enzým, ktorý hydrolyzuje škrob na jeho zložky (maltózu, glukózu). Výsledky experimentu sa hodnotia pomocou farebných reakcií - s jódom a Trommerovej reakcie (kvalitatívne reakcie na glukózu). Nehydrolyzovaný škrob dáva s jódom modrú farbu a negatívnu Trommerovu reakciu. Produkty hydrolýzy škrobu nereagujú s jódom, ale zafarbujú sa v Trommerovej reakcii.

Objemy možno merať v kvapkách: 1 kvapka je približne 0,2 ml.

1. Vezmite dve skúmavky (č. 1 a č. 2) a do každej pridajte 10 kvapiek 1% roztoku škrobu.

2. Do skúmavky č. 1 pridajte 4 kvapky vody (kontrola), obsah dôkladne premiešajte a skúmavku vložte na 20 minút do vodného kúpeľa alebo do termostatu s teplotou 37 °C.

3. Po 5 minútach pridajte 4 kvapky zriedeného roztoku slín do skúmavky č. 2 a tiež vložte do termostatu na 20 minút,

4. Po uchovávaní v termostate preneste 4 kvapky zo skúmavky č. 1 do 2 rôznych skúmaviek.

5. Do jednej skúmavky pridajte 1 kvapku 1% roztoku jódu v jodide draselnom, do druhej 1 kvapku 5% roztoku síranu meďnatého a 4 kvapky 10% roztoku hydroxidu sodného a opatrne zahrejte túto skúmavku do varu.

6. To isté zopakujte s obsahom skúmavky č.2.

V prítomnosti vody nedochádza k hydrolýze škrobu a pri reakcii s jódom by sa malo objaviť modré sfarbenie škrobu a pri Trommerovej reakcii by mal roztok zostať modrý. Slinná amyláza hydrolyzuje škrob na glukózu: nedochádza k žiadnej reakcii s jódom, ale pri Trommerovej reakcii dochádza najskôr k sfarbeniu do žlta (tvorba CuOH) a potom tehlovočervenej (tvorba Cu(OH) 2).

2. Špecifickosť pôsobenia enzýmov

Každý enzým pôsobí len na jednu látku alebo skupinu podobných substrátov. Je to spôsobené korešpondenciou medzi štruktúrou enzýmu (jeho aktívne centrum) a štruktúrou substrátu. Napríklad amyláza pôsobí iba na škrob a sacharáza iba na sacharózu.

1. Príprava roztoku sacharázy. Vezmite 10 g čerstvého alebo 3 g suchého pekárskeho droždia, rozdrvte v porcelánovej mažiari so 6 ml destilovanej vody, pridajte 20 ml vody a prefiltrujte cez vatu (uchovávajte v chladničke).

2. Príprava roztoku amylázy. Odmerajte 50 ml destilovanej vody a vyplachujte si ňou ústa v 2-4 dávkach po dobu 3-5 minút. Zozbieraná kvapalina sa prefiltruje cez vatu a použije sa ako roztok amylázy.

3. Vezmite 4 skúmavky. Do skúmaviek č.1 a č.2 pridajte 10 kvapiek 1% roztoku škrobu. Do skúmaviek č.3 a č.4 pridajte 10 kvapiek 2% roztoku sacharózy. Do skúmaviek č.1 a č.3 pridajte 5 kvapiek roztoku amylázy. Do skúmaviek č. 2 a č. 4 pridajte 5 kvapiek roztoku sacharázy. Premiešame a necháme 15 minút v termostate pri teplote 38–40 °C.

Vykonajte reakcie s jódom a Trommerom s obsahom všetkých štyroch skúmaviek. Vyplňte tabuľku.

Tabuľka. Stanovenie špecifickosti pôsobenia enzýmu

V záveroch treba uviesť, v ktorej skúmavke a za akých podmienok bolo pôsobenie enzýmov zistené a prečo.

3. Vplyv pH na aktivitu enzýmu

Pre každý enzým existuje určitá reakčná hodnota prostredia, v ktorom vykazuje maximálnu aktivitu. Zmena pH prostredia spôsobuje zníženie alebo úplnú inhibíciu aktivity enzýmu.

Pridajte 1 ml destilovanej vody do 8 skúmaviek. Pridajte 1 ml 0,2 % roztoku kyseliny chlorovodíkovej do skúmavky č. 1 a premiešajte. Zo skúmavky č. 1 odoberte 1 ml zmesi a preneste do skúmavky č. 2, premiešajte, preneste 1 ml do skúmavky č. 3 atď. Zo skúmavky č. 8 odoberte 1 ml a vylejte. Získame médiá s rôznymi hodnotami pH. Hodnoty pH je možné kontrolovať pomocou pH metra alebo univerzálneho indikátorového papierika.

Do každej skúmavky pridajte 2 ml 1 % roztoku škrobu a 1 ml roztoku amylázy (pozri vyššie). Skúmavky pretrepte a vložte do termostatu na 37 ° C počas 15 min.

Po ochladení pridajte do všetkých skúmaviek jednu kvapku 1% roztoku jódu v jodide draselnom. K úplnej hydrolýze dôjde v skúmavkách č.5 a č.6, kde je pH média roztoku v rozmedzí 6,8–7,2, t.j. za optimálnych podmienok pre pôsobenie amylázy.

Laboratórna práca č. 3. „Detekcia proteínov v biologických objektoch“

Cieľ práce: dokázať prítomnosť bielkovín v biologických objektoch.

Vybavenie: stojan so skúmavkami, pipeta, vodný kúpeľ, kvapkadlo; roztok vaječného bielka; 10 % roztok NaOH, 1 % roztok síranu meďnatého, 0,5 % vodný roztok ninhydrínu; kyselina dusičná (koncentrovaná).

Pokrok

1. Biuretová reakcia na stanovenie peptidových väzieb.

Metóda je založená na schopnosti peptidovej väzby v alkalickom prostredí vytvárať farebné komplexné zlúčeniny so síranom meďnatým.

Do testu pridajte 5 kvapiek 10% roztoku vaječného bielka (bielko sa prefiltruje cez gázu, potom zriedi v pomere 1:10 destilovanou vodou), tri kvapky 10% roztoku hydroxidu sodného a 1 kvapku 1% roztoku síranu meďnatého. skúmavku a premiešajte.

Obsah skúmavky získa modrofialovú farbu.

2. Ninhydrínová reakcia.

Proteíny, polypeptidy a voľné aminokyseliny dodávajú s ninhydrínom modrú alebo fialovú farbu.

Pridajte 5 kvapiek 10% roztoku vaječného bielka do skúmavky, pridajte 5 kvapiek 0,5% vodného roztoku ninhydrínu a zahrejte. Po 2–3 minútach sa vyvinie ružová alebo modrofialová farba.

3. Xantoproteínová reakcia (gr. xantos- žltá). Pomocou tejto reakcie sa v proteíne detegujú aminokyseliny obsahujúce benzénové kruhy (tryptofán, tyrozín atď.).

Do skúmavky pridajte 5 kvapiek 10% roztoku vaječného bielka, pridajte 3 kvapky koncentrovanej kyseliny dusičnej (opatrne) a zahrejte. Po ochladení pridajte do skúmavky 5–10 kvapiek 10% roztoku hydroxidu sodného, ​​kým sa neobjaví oranžové sfarbenie (súvisí to s tvorbou sodnej soli cyklických nitrozlúčenín).

Kryštály v rastlinných bunkách

Laboratórna práca č. 4. „Detekcia sacharidov v biologických objektoch“

Cieľ práce: dokázať prítomnosť sacharidov v biologických objektoch.

Vybavenie: stojan so skúmavkami; pipety, vodný kúpeľ; 1% roztok škrobu, 1% roztok sacharózy, 1% roztok fruktózy, 1% roztok jódu (v roztoku jodidu draselného); 1% alkoholový roztok naftolu, 1% alkoholový roztok tymolu; kyselina sírová (koncentrovaná); Selivanovovo činidlo (0,5 g rezorcinolu v 100 ml 20% kyseliny chlorovodíkovej).

Pokrok

1. Detekcia škrobu.

Do skúmavky pridajte 10 kvapiek 1% roztoku škrobu a jednu kvapku 1% roztoku jódu v jodide draselnom. Obsah skúmavky získa modrofialovú farbu.

2. Detekcia sacharidov.

Reakciou s naftolom alebo tymolom sa detegujú malé množstvá sacharidov alebo sacharidových zložiek v komplexných zlúčeninách.

Pridajte 10 kvapiek 1% roztoku sacharózy do dvoch skúmaviek. Do jednej skúmavky pridajte 3 kvapky 1% alkoholového roztoku naftolu. V inej skúmavke - 3 kvapky 1% alkoholového roztoku tymolu. Do oboch (opatrne) nalejte 0,5 ml koncentrovanej kyseliny sírovej a na hranici dvoch kvapalín pozorujte v skúmavke s naftolom fialovú farbu a v skúmavke s tymolom červenú.

3. Detekcia fruktózy (Selivanovova reakcia).

Fruktóza, keď sa zahrieva s kyselinou chlorovodíkovou a rezorcinolom, dáva čerešňovo-červenú farbu.

Nalejte 10 kvapiek Selivanovovho činidla a 2 kvapky 1% roztoku fruktózy do skúmavky a jemne zahrejte. Pozoruje sa červená farba.

Laboratórna práca č. 5. „Detekcia lipidov v biologických objektoch“

Cieľ práce: dokázať prítomnosť lipidov v biologických objektoch.

Vybavenie: stojan so skúmavkami, vodný kúpeľ, pipeta, sklenené poháre, tyčinky, gáza; žĺtok kuracieho vajca, 1% roztok cholesterolu v chloroforme; koncentrovaná kyselina sírová, acetón.

Pokrok

1. Detekcia lecitínu.

Lecitín patrí do skupiny fosfolipidov, je súčasťou bunkových membrán a tvorí väčšinu mozgového tkaniva. Lecitín je nerozpustný vo vode a acetóne, ale rozpustný v etylalkohole, éteri a chloroforme.

Vložte časť žĺtka z kuracieho vajca do pohára. Za stáleho miešania vareškou pridávame po kvapkách horúci etylalkohol (v množstve 80 ml na celý žĺtok). Alkohol zahrievajte iba vo vodnom kúpeli! Keď sa roztok ochladí, prefiltrujte ho do suchej banky. Filtrát by mal byť číry. Musí sa použiť okamžite.

Do suchej skúmavky pridajte 10 kvapiek acetónu a po kvapkách pridajte alkoholový roztok lecitínu. Vytvorí sa biela zrazenina.

2. Detekcia cholesterolu.

Cholesterol je látka podobná tuku, ktorá má pre telo veľký význam. Nachádza sa v membránach mnohých orgánov a tkanív a je prekurzorom žlčových kyselín, vitamínu D, pohlavných hormónov a hormónov nadobličiek. Salkovského reakcia je založená na skutočnosti, že vplyvom koncentrovanej kyseliny sírovej dochádza k dehydratácii cholesterolu za vzniku červeno sfarbeného cholesterolu.

Do suchej skúmavky pridajte 15–20 kvapiek 1% chloroformového roztoku cholesterolu a (opatrne) pridajte 0,5 ml koncentrovanej kyseliny sírovej pozdĺž steny nádobky. Na rozhraní kvapaliny sa objaví červený krúžok.

Laboratórna práca č. 6. „Izolácia deoxynukleoproteínu z tkaniva sleziny (pečene). Kvalitatívna reakcia na DNA"

Cieľ práce: dokázať, že nukleové kyseliny sú vo veľkých množstvách obsiahnuté vo forme zlúčenín s proteínmi (deoxynukleoproteíny - DNP) v tkanivách bohatých na jadrá (slezina, týmus, pečeň atď.).

Vybavenie: stojan so skúmavkami, mažiar, sklenený prášok alebo premytý piesok, kryštalizátor, 50 ml a 300 ml odmerné valce, 1 ml pipety, vrúbkované drevené tyčinky, vodný kúpeľ, gáza na filtrovanie; 5% roztok chloridu sodného (obsahujúci 0,04% tribázický fosforečnan), 0,4% roztok hydroxidu sodného; difenylamínové činidlo; slezina (pečeň) čerstvá alebo mrazená; Kvasinková RNA, čerstvo pripravený 0,1% roztok.

Pokrok

1. Izolácia deoxynukleoproteínu (DNP) z tkaniva sleziny (pečene).

Metóda je založená na schopnosti DNP rozpúšťať sa v soľných roztokoch s vysokou iónovou silou a zrážať sa, keď ich koncentrácia klesá.

V mažiari s malým množstvom skleneného prášku dôkladne rozdrvte 2–3 g tkaniva, postupne pridávajte roztok chloridu sodného po častiach 10–15 ml (celkovo sa spotrebuje asi 40 ml roztoku) počas 12–15 minút.

Výsledný viskózny roztok prefiltrujte cez dve vrstvy gázy do kryštalizátora. Pomocou valca odmerajte šesťnásobok objemu destilovanej vody (vzhľadom na filtrát) a za pomalého miešania vareškou nalejte do filtrátu. Výsledné nite DNP sa navinú na palicu, po ktorej sa môžu preniesť do skúmavky na ďalšie použitie.

2. Kvalitatívna reakcia na DNA.

Metóda je založená na schopnosti deoxyribózy, ktorá je súčasťou DNA deoxyribonukleoproteínov, vytvárať modré zlúčeniny s difenylamínom pri zahrievaní v médiu, ktoré obsahuje zmes ľadovej kyseliny octovej a koncentrovanej kyseliny sírovej. S ribózovou RNA dáva podobné činidlo zelenú farbu.

Príprava difenylamínového činidla: 1 g difenylamínu sa rozpustí v 100 ml ľadovej kyseliny octovej, k roztoku sa pridá 2,75 ml koncentrovanej kyseliny sírovej.

Pridajte 1 ml 0,4 % roztoku hydroxidu sodného do 1/4 sedimentu DNP (do rozpustenia). Pridajte 0,5 ml difenylamínového činidla. Obsah skúmavky premiešajte a vložte do vriaceho vodného kúpeľa na 15–20 minút. Všimnite si charakteristické sfarbenie.

Laboratórna práca č. 7. „Štrukturálne vlastnosti prokaryotických a eukaryotických buniek“

Cieľ práce: na základe štúdia buniek baktérií (prokaryotov), ​​rastlín a živočíchov (eukaryotov), ​​objaviť hlavné podobnosti v štruktúre baktérií, zvierat a rastlín ako indikátora jednoty organizácie živých foriem.

Vybavenie: mikroskop; sklíčka a krycie sklíčka; Pipety, poháre na vodu, pinzety, skalpely, roztok jódu, vodný roztok atramentu; fuchsín, roztok metylénovej modrej, kúsky mäsa, ryby alebo vaječný bielok, cibuľa; tabuľka štruktúry bakteriálnych, rastlinných a živočíšnych buniek.

Pokrok

1. Vopred pripravte infúzie z rôznych produktov: mäso, ryby, vaječné biele.

Rozdrvte malé množstvo hmoty a vložte ju do banky, pridajte kriedu na špičku skalpelu. Naplňte 2/3 objemu vodou. Banku s nálevom uchovávajte na teplom mieste (na tmavom mieste) 3–5 dní. Počas tejto doby sa v prostredí nahromadí veľa rôznych baktérií.

2. Položte kvapku infúzie na podložné sklíčko. Drogu skúmajte pomocou šošovky ×40, ale môžete vyskúšať aj šošovku ×90 (dočasný liek sa pripravuje podľa pravidiel opísaných v predchádzajúcej práci).

3. Pridajte kvapku maskary. Na všeobecnom pozadí sú bakteriálne bunky nezafarbené.

4. Nakreslite bakteriálne bunky.

5. Pripravte si dočasný prípravok rastlinných buniek. Jadrá v nezafarbených bunkách nie sú viditeľné.

Oddeľte mäsitú šupku od kúska cibule. Vo vnútri je tenký film, ktorý je potrebné odstrániť a odrezať. Položte kúsok filmu na podložné sklíčko, napipetujte roztok jódu, kvapnite ho na film a prikryte krycím sklíčkom.

Môžete si pripraviť prípravok z listu elodea, v ktorom sú viditeľné chloroplasty - zelené plastidy.

6. Preskúmajte prípravok pri malom zväčšení. Veľké okrúhle jadrá v bunkách sú zafarbené jódom na žlto.

7. Otočte mikroskop na veľké zväčšenie a nájdite bunkovú membránu. V jadre môžete vidieť 1–2 jadierka, niekedy je viditeľná zrnitá štruktúra cytoplazmy. Nezafarbené dutiny v cytoplazme buniek sú vakuoly.

8. Nakreslite niekoľko buniek. Označenie: membrána, cytoplazma, jadro, vakuoly (ak sú viditeľné).

9. Na hotovom preparáte preskúmajte živočíšne bunky a načrtnite ich. Obrázok by mal označovať: membránu, cytoplazmu, jadro.

10. Vykonajte spoločnú diskusiu. Aké ustanovenia bunkovej teórie možno potvrdiť výsledkami vykonanej práce?

Laboratórna práca č. 8. „Fyziologické vlastnosti bunkovej membrány“

Cieľ práce: ukázať, že bunková membrána má selektívnu permeabilitu, demonštrovať úlohu membrány v procese fagocytózy a pinocytózy a tiež sa oboznámiť s bunkovou plazmolýzou - procesom oddeľovania protoplastu (bunkového obsahu) od bunkových stien.

Vybavenie: mikroskopy, krycie sklá a sklíčka, skalpely, pitevné ihly, filtračný papier, pipety, atrament; kultúra nálevníkov alebo améb, tkanivová kultúra na živnom médiu, kúsky listov elodea; roztoky: chlorid draselný, chlorid vápenatý, chlorid horečnatý,
2% roztok albumínu, 10% roztok chloridu sodného; destilovaná voda.

Pokrok

1. Nálevníky, améby alebo kúsky kultivovaného tkaniva vložte do 10 % roztoku chloridu sodného alebo draselného. Pripravte si prípravok na mikroskop. Je možné pozorovať zmršťovanie buniek, čo naznačuje priepustnosť bunkovej membrány. V tomto prípade voda opúšťa bunku do okolia.

2. Preneste bunky do kvapky destilovanej vody alebo odstráňte roztok spod krycieho skla pomocou filtračného papiera a nahraďte ho destilovanou vodou. Pozorujte, ako bunky napučiavajú, pretože... tečie do nich voda.

3. Návaly alebo kúsky kultivovaného tkaniva vložte do roztoku chloridu vápenatého alebo chloridu horečnatého s nízkou koncentráciou. Ciliates a kultivované bunky naďalej žijú. Ióny vápnika a horčíka znižujú priepustnosť bunkovej membrány. Cez škrupinu nedochádza k pohybu vody.

4. Vložte améby do kvapky 2% roztoku albumínu (bielko z kuracieho vajca). Pripravte si prípravok na mikroskop. Po určitom čase sa na povrchu améb vytvoria vezikuly, výčnelky a tubuly. Zdá sa, že povrch améb „vrie“. To je sprevádzané intenzívnym pohybom kvapaliny v blízkosti povrchu membrány. Kvapky kvapaliny sú obklopené výbežkami cytoplazmy, ktoré sa potom tesne približujú. Pinocytotické vezikuly sa niekedy objavia náhle. To naznačuje, že kvapky kvapaliny spolu s látkami rozpustenými v nej sú rýchlo zachytené. Pinocytózu spôsobujú látky, ktoré znižujú povrchové napätie bunkovej membrány. Napríklad aminokyseliny, niektoré soli.

Do kvapky tekutiny, v ktorej sa nachádzajú améby, vstreknite trochu atramentu. Pripravte liek. Po určitom čase sa améby začnú pomaly pohybovať smerom k zrnám jatočného tela a uvoľňujú pseudopódie (falošné pódia). Zrná jatočného tela sa prichytia na povrch pseudopódií, sú nimi obklopené a po určitom čase sa ocitnú ponorené v cytoplazme. Pod mikroskopom sa pozoruje fenomén fagocytózy v amébe.

Literatúra pre učiteľov

1. Welsh U., Storch F.Úvod do cytológie. Preklad s ním. – M.: Mir, 1986.
2. Zavarzin A.A. atď. Bunková biológia. – Petrohrad: Vydavateľstvo Petrohradskej štátnej univerzity, 1992.
3. Swenson K., Webster P.– M.: Mir, 1982.
4. Jahňacie M. Biológia starnutia. – M.: Mir, 1980.
5. Markosyan A.A. Fyziológia. – M.: Medicína, 1968.
6. Liberman E.A.
7. Ermolajev M.V. Biologická chémia. – M.: Medicína, 1984.
8.Ruvinsky A.O. Všeobecná biológia. – M.: Školstvo, 1993.

Literatúra pre študentov

1. Green N., Stout W., Taylor D. Biológia. V 3 zväzkoch - M.: Mir, 1993.
2. De Duve K. Cesta do sveta živej bunky. – M.: Mir, 1982.
3. Liberman E.A.Živá bunka. – M.: Mir, 1987.
4. Kemp P., Arms K.Úvod do biológie. – M.: Mir, 1988.

BIELORUSKÁ ŠTÁTNA UNIVERZITA

KATEDRA BIOLÓGIE

Katedra fyziológie a biochémie rastlín

FYZIOLÓGIA

RASTLIŤ

CELLS

pre laboratórne dielne

"Fyziológia rastlín"

pre študentov Biologickej fakulty

V. M. Yurin, A. P. Kudrjašov, T. I. Ditchenko, O. V. Molchan, I. Smolich Odporúčané Akademickou radou Biologickej fakulty 16. 6. 2009, protokol č Recenzent Kandidát biologických vied docent M. A Fyziológia rastlinných buniek: metóda. odporúčania pre laboratórne hodiny workshopu „Fyziológia rastlín“ pre študentov F Biologickej fakulty / V. M. Yurin [et al.].

– Minsk: BSU, 2009. – 28 s.

Táto príručka je integrálnou súčasťou vzdelávacieho a metodického komplexu v odbore „Fyziológia rastlín“ a zahŕňa laboratórne práce v časti „Fyziológia rastlinných buniek“.

Určené pre študentov Biologickej fakulty študujúcich v odboroch „Biológia“ a „Bioekológia“.

MDT 581. BBK 28. © BSU,

OD AUTOROV

Neoddeliteľnou súčasťou kurzu „Fyziológia rastlín“ sú metodické odporúčania pre laboratórne hodiny. Účelom publikácie je posilniť samostatnú prácu študentov s prihliadnutím na fakt, že individuálny učebný proces musí byť efektívny. Workshop na kurze „Fyziológia rastlín“ je určený na upevnenie teoretického materiálu, získanie praktických pracovných zručností a oboznámenie sa so základnými metódami výskumu fyziologických procesov rastlín. Študentom sa ponúkajú zadania, ktoré podrobne opisujú faktografický materiál, ktorý musia zvládnuť sami.

To vám umožní efektívnejšie využívať čas v triede.

1. RASTLINNÁ BUNKA AKO

OSMOTICKÝ SYSTÉM

Osmotické systémy sú systémy pozostávajúce z dvoch roztokov látok rôznych koncentrácií alebo roztoku a rozpúšťadla, ktoré sú oddelené polopriepustnou membránou. Ideálna polopriepustná membrána umožňuje molekulám rozpúšťadla prechádzať, ale nie je priepustná pre molekuly rozpustenej látky. Vo všetkých biologických systémoch je rozpúšťadlom voda. Rozdiel v zložení a koncentrácii látok na oboch stranách polopriepustnej membrány je príčinou osmózy – usmernenej difúzie molekúl vody cez polopriepustnú membránu.

Ak abstrahujeme od podrobnej štruktúry rastlinnej bunky a uvažujeme o nej z pohľadu osmotického modelu, potom možno tvrdiť, že rastlinná bunka je živý osmotický systém.

Plazmatická membrána je semipermeabilná a cytoplazma a tonoplast pôsobia ako jedna jednotka. Mimo semipermeabilnej membrány je bunková stena, ktorá je vysoko priepustná pre vodu a látky v nej rozpustené a nebráni pohybu vody. Hlavnú úlohu osmotického priestoru bunky zohráva vakuola, ktorá je naplnená vodným roztokom rôznych osmoticky aktívnych látok – cukrov, organických kyselín, solí, vo vode rozpustných pigmentov (anthokyanínov a pod.). Toto je však dosť zjednodušená myšlienka bunky ako osmotického systému, pretože každá cytoplazmatická organela obklopená membránou je tiež osmotická bunka. V dôsledku toho dochádza k osmotickému pohybu vody medzi jednotlivými organelami a cytosólom.

MODELY RASTLINNÝCH BUNIEK

Úvodné poznámky. Jedinečné fyzikálno-chemické vlastnosti biomembrán zabezpečujú prúdenie vody a vytváranie vysokého hydrostatického tlaku (turgoru) v rastlinnej bunke, zachovanie anizotropnej distribúcie látok medzi bunkou a jej prostredím, selektívnu absorpciu a uvoľňovanie látok a množstvo ďalších funkcií.

V druhej polovici 19. storočia bola vyslovená hypotéza o existencii plazmatickej membrány na bunkovom povrchu. Vedecké zdôvodnenie tejto hypotézy (konceptu) podal W. Pfeffer na základe vysvetlenia javov plazmolýzy a deplazmolýzy. Podľa Pfeffera mala táto membrána vlastnosť „polopriepustnej“, to znamená, že bola priepustná pre vodu a nepriepustná pre látky rozpustené vo vode. V nasledujúcich rokoch sa uskutočnili štúdie, ktoré umožnili nielen dokázať existenciu takejto štruktúry na povrchu bunky, ale aj študovať niektoré vlastnosti tejto štruktúry neviditeľnej v optických mikroskopoch. Avšak až do druhej polovice dvadsiateho storočia. biomembrány zostali len hypotetickými štruktúrami živej bunky. Preto s cieľom demonštrovať určité vlastnosti plazmatickej membrány a vysvetliť vzorce fungovania mechanizmov spojených s plazmatickou membránou vytvorili výskumníci bunkové modely („umelé bunky“).

V rôznych časových obdobiach sa objavili modelové systémy - „umelé bunky“ od Pfeffera, Traubeho, Jacobsa a ďalších Prvé dva z uvedených modelov demonštrovali fenomén osmózy, tretí - vzorce prenosu slabých elektrolytov cez biomembránu. Pri vykonávaní laboratórnych prác sa navrhuje vytvorenie modelových systémov „umelých buniek“ podľa Traubeho a Jacobsa (upravené).

Pri formovaní modelov „umelých buniek“ Pfeffera a Traubeho vzniká na rozhraní medzi roztokmi žltej krvnej soli a síranu meďnatého vo vode nerozpustná amorfná hmota síranu železnatého, ktorý má takmer ideálne osmotické vlastnosti – priepustnosť pre vodu a nepriepustnosť pre rozpustené látky. Keďže železo-medená membrána oddeľuje dva roztoky, smer a veľkosť prietoku vody cez ňu budú určené rozdielom v chemických potenciáloch molekúl vody na opačných stranách membrány. Ak by takáto membrána oddelila dva roztoky tej istej látky, potom by chemický potenciál molekúl vody bol vyšší v zriedenom roztoku a voda by sa pohybovala smerom k roztoku s nižšou koncentráciou. Pri určovaní smeru pohybu vody v systéme obsahujúcom rôzne látky na oboch stranách membrány by sa mal brať do úvahy stupeň disociácie látok, valencia a priepustnosť membrány pre ióny. Pre zjednodušenie diskusie o experimente na získanie „umelej bunky“ podľa Traubeho predpokladáme, že membrána vyrobená zo sulfidu železa medi je absolútne nepriepustná pre rozpustené látky, stupeň disociácie žltej krvnej soli a síranu meďnatého v roztokoch je rovnaký. V tomto prípade na porovnanie hodnôt chemického potenciálu molekúl vody môžete použiť normálne koncentrácie uvedených solí.

Základné princípy procesu difúzie látok rôznych polarít cez plazmatické membrány boli stanovené v prvej polovici 20. storočia. Podľa výskumu Collandera a Barlunda možno koeficient priepustnosti membrány pre akúkoľvek látku predpovedať na základe molekulovej hmotnosti látky a jej rovnovážneho distribučného koeficientu (kр) medzi vodou a rastlinným olejom:

kde CM a SV sú koncentrácie látky, ktoré sú ustálené v systéme rozpúšťadiel, ktoré sú vo vzájomnom kontakte – olej a voda – v rovnovážnom stave. Pre väčšinu látok difundujúcich cez plazmatickú membránu existuje priama úmernosť medzi produktom Pi M i a kр (Pi je koeficient permeability membrány vzhľadom na látku i; Mi je molekulová hmotnosť látky i).

Koeficient kр v tomto prípade pôsobí ako kvantitatívna miera stupňa hydrofóbnosti: v oleji sa hromadí viac hydrofóbnych látok, ktoré sa vyznačujú veľkou hodnotou kр, zatiaľ čo hydrofilné látky sa naopak akumulujú vo vodnej fáze, pre ktorú platí kр. hodnota je menšia. V súlade s tým by nepolárne zlúčeniny mali preniknúť do bunky v dôsledku procesu difúzie cez vrstvu membránových lipidov ľahšie ako polárne. Stupeň hydrofóbnosti je určený štruktúrou molekuly látky. Hydrofóbnosť látky však do značnej miery závisí od stupňa ionizácie jej molekúl v roztoku. Na druhej strane, stupeň ionizácie mnohých organických a anorganických látok (slabých elektrolytov) je určený hodnotou pH roztoku.

Jacobsova „umelá bunka“ modeluje selektívnu priepustnosť plazmatickej membrány rastlinných buniek voči elektricky neutrálnym molekulám slabých elektrolytov. Vo svojom pôvodnom návrhu „umelej bunky“ Jacobs použil chlopňu žabej kože ako analóg plazmalemy. V navrhovanej práci je ako model plazmalemy použitý film vyrobený z hydrofóbneho (polymérového) materiálu. Bolo to urobené nielen z dôvodov ľudskosti - polymérny film jasnejšie modeluje fyzikálno-chemické vlastnosti lipidovej dvojvrstvy plazmalemy.

Amónium ako slabá zásada existuje vo vodných roztokoch vo forme NH3 a NH4+, ktorých koncentračný pomer závisí od pH média a pre zriedené vodné roztoky je určený disociačnou konštantou pKa, ktorá je pri 25 °C rovnaká do 9:25:

kde a sú koncentrácie molekúl amoniaku a amónnych iónov.

Ak membránou môžu preniknúť iba nenabité molekuly amoniaku, potom je ľahké preukázať, že koncentrácie amónnych iónov na rôznych stranách membrány v rovnováhe budú závisieť od pH roztokov, ktoré sú v kontakte s membránou. Na demonštráciu procesu transportu amoniaku cez membránu v Jacobsovej „umelej bunke“ sa využíva jej schopnosť posunúť pH.

Cieľ práce. Získajte „umelé bunky“ pomocou metódy Traube a Jacobs a pozorujte fenomén osmózy - pohyb vody cez polopriepustnú membránu pozdĺž gradientu osmotického potenciálu.

Materiály a vybavenie: 1,0 N roztoky žltej krvnej soli, síran meďnatý, chlorid amónny, hydroxid sodný a kyselina chlorovodíková, 1% vodný liehový roztok neutrálnej červenej, univerzálny indikátorový papierik, úlomky sklenených trubíc natavené na konci, polymérová fólia, vlákna , skúmavky , 3 poháre s objemom 150–200 ml, stopky.

1. Príprava Traubeho „umelej bunky“. Zriedením pripravíme 1,0 N roztok žltej krvnej soli (K4Fe(CN)6), 0,5N a 1,N roztok síranu meďnatého (CuSO45 H2O). Vezmite dve skúmavky. Do jednej nalejte 0,5 N a do druhej 1,0 N roztok síranu meďnatého. Opatrne pipetujte pozdĺž steny skúmaviek do každého 1,0 N roztoku žltej krvnej soli. Na kontaktnom povrchu roztokov síranu meďnatého a žltej krvnej soli sa vytvorí membrána zo sulfidu železa medi:

Amorfná zrazenina železo-synoxid medi má takmer ideálne osmotické vlastnosti, preto pri odlišnom chemickom potenciáli molekúl H2O treba pozorovať prúdenie vody, čo vedie k zmene objemu „umelej bunky“. Treba poznamenať, že membrána vyrobená zo sulfidu železa medi má slabú elasticitu. Preto, keď sa objem „umelej bunky“ zväčší, membrána sa zlomí.

Cvičenie. Sledujte správanie „umelých buniek“ v 0,5 N a 1,0 N roztokoch síranu meďnatého. Načrtnite "umelé bunky"

a opísať dynamiku zmien ich tvaru.

2. Získanie „umelej Jacobsovej bunky“. Zriedením pripravíme 200 ml 0,5 N roztoku chloridu amónneho a 100 ml 0,5 N hydroxidu sodného. Nalejte roztok hydroxidu sodného do pohára a rozdeľte roztok chloridu amónneho na dve rovnaké časti a nalejte ich do pohárov s objemom 150–200 ml. Pomocou indikátorového papierika a 1,0 N roztokov kyseliny chlorovodíkovej a hydroxidu sodného upravte kyslosť roztoku v prvom pohári na pH 9,0 a v druhom na pH 7,0.

Vezmite 3 úlomky sklenenej skúmavky. Na roztopený koniec každého položte kúsok polymérovej fólie a opatrne ich zviažte niťou. Pridajte 5-10 kvapiek neutrálneho červeného roztoku do 50 ml vody a mierne okysľte médium 1-2 kvapkami kyseliny chlorovodíkovej.

Naplňte „umelé Jacobsove bunky“ (úlomky sklenených skúmaviek s membránami) uvedeným indikátorovým roztokom. Umiestnite „umelé Jacobsove bunky“ do kadičiek obsahujúcich roztoky hydroxidu sodného a chloridu amónneho tak, aby boli tieto médiá v kontakte s polymérnou membránou.

Amoniak je schopný difundovať cez hydrofóbnu fázu polymérnej membrány. A keďže jeho koncentrácia vo vnútri „umelej bunky“ je zanedbateľná, molekuly NH3 sa prenesú z roztoku do „bunky“ a spôsobia alkalizáciu obsahu sklenenej trubice, čo sa prejaví vymiznutím karmínovočervenej farby. „intracelulárny“ obsah.

Cvičenie. Určte čas potrebný na vymiznutie červenej farby indikátora v každom variante experimentu.

1. Prečo sa koncentrácia soli zvyšuje blízko povrchu „umelej bunky“ v 0,5 N roztoku síranu meďnatého?

2. Prečo „umelá bunka“ napučiava v 0,5 N roztoku síranu meďnatého, ale v 1,0 N roztoku je jej povrch stabilný?

3. Od akých faktorov závisí stupeň disociácie slabých kyselín a zásad?

4. Prečo po vložení „umelej bunky“ do roztoku hydroxidu sodného zmizne neutrálna červená farba?

5. Prečo pri umiestnení „umelej bunky“ do neutrálneho roztoku chloridu amónneho dôjde k posunu pH „intracelulárneho“ obsahu na slabo zásadité hodnoty?

6. Čo je osmóza?

7. Aké roztoky sa nazývajú hypo-, izo- a hypertonické?

FENOMÉN PLAZMOLÝZY A DEPLASMOLÝZY

RASTLINNÁ BUNKA

Úvodné poznámky. Proces, kedy voda opúšťa rastlinnú bunku a vstupuje do bunky cez polopriepustnú membránu, je možné sledovať pozorovaním javov plazmolýzy a deplazmolýzy. Keď sa bunka umiestni do roztoku, ktorý je hypertonický vo vzťahu k bunkovej šťave, dôjde k plazmolýze - oddeleniu protoplastu od bunkovej steny v dôsledku zmenšenia jeho objemu v dôsledku uvoľnenia vody z bunky do vonkajšieho roztoku. . Pri plazmolýze sa mení tvar protoplastu. Protoplast spočiatku zaostáva za bunkovou stenou len na niektorých miestach, najčastejšie v rohoch. Plazmolýza tejto formy sa nazýva uhlová. So zvyšujúcim sa trvaním inkubácie rastlinnej bunky v hypertonickom roztoku sa pozoruje nasledujúca forma plazmolýzy - konkávna plazmolýza. Vyznačuje sa zachovaním kontaktov medzi protoplastom a bunkovou stenou na oddelených miestach, medzi ktorými oddelené povrchy protoplastu nadobúdajú konkávny tvar. Postupne sa protoplast celoplošne odtrháva od bunkových stien a nadobúda zaoblený tvar. Tento typ plazmolýzy sa nazýva konvexná plazmolýza.

Po nahradení vonkajšieho roztoku čistou vodou začne táto prúdiť do bunky. Objem protoplastu sa zväčšuje a dochádza k deplazmolýze. Po jej ukončení protoplast opäť vyplní celý objem bunky.

Cieľ práce. Dokážte na základe javov plazmolýzy a deplazmolýzy, že rastlinná bunka je osmotický systém.

Materiál a vybavenie: mikroskop, sklíčka a krycie sklá, žiletka, pitevná ihla, pinzeta, 1 M roztok sacharózy, filtračný papier, cibuľová cibuľka.

Z konvexnej strany povrchu cibuľových šupín, ktorých bunky sú sfarbené do fialova v dôsledku prítomnosti antokyánov vo vakuolách, sa odoberie epidermis pitevnou ihlou, vloží sa do kvapky vody na podložnom sklíčku, prikryje sa krycím sklíčkom a skúmať pod mikroskopom. Potom nahraďte vodu 1 M roztokom sacharózy. Za týmto účelom naneste veľkú kvapku roztoku na podložné sklíčko vedľa krycieho sklíčka a odsajte vodu kúskom filtračného papiera, ktorý umiestnite na druhú stranu krycieho sklíčka. Opakujte túto techniku ​​2-3 krát, kým sa voda úplne nenahradí roztokom. Prípravok sa skúma pod mikroskopom. Zisťuje sa postupné oneskorenie protoplastu od bunkových stien, najskôr v rohoch a potom pozdĺž celého povrchu stien. Nakoniec sa protoplast úplne oddelí od bunkovej steny a získa zaoblený tvar.

Potom pomocou vyššie opísanej metódy nahraďte 1 M roztok sacharózy vodou. Voda vstupuje do bunky, čo vedie k zväčšeniu objemu protoplastu, ktorý postupne zaujme svoju predchádzajúcu polohu. Bunka sa vráti do pôvodného stavu.

Cvičenie. Nakreslite pozorované formy plazmolýzy, ako aj štádiá deplazmolýzy. Formulujte závery.

1. Aké štrukturálne znaky rastlinnej bunke dávajú vlastnosti osmotického systému?

2. Čo je plazmolýza? Opíšte hlavné formy plazmolýzy.

3. Čo je to deplazmolýza? Za akých podmienok sa pozoruje?

STANOVENIE OSMOTICKÉHO TLAKU

PLAZMOLYTICKÁ ŠŤAVA BUNIEK

PODĽA METÓDY

Úvodné poznámky. Pri kontakte dvoch roztokov obsahujúcich rôzne množstvá rozpustených látok dochádza v dôsledku vlastného tepelného pohybu molekúl k vzájomnej difúzii, ktorá vedie k vyrovnaniu koncentrácie rozpustených látok v celom objeme, čo je ekvivalentné situácii pri miešaní kvapalín. Ak sú tieto roztoky oddelené polopriepustnou membránou, ktorá zadržiava molekuly rozpustených látok, potom cez kontaktnú hranicu roztokov prejdú iba molekuly rozpúšťadla (vody). Okrem toho dochádza k jednosmernému prúdeniu vody cez membránu (osmóza). Tlak, ktorý musí byť aplikovaný na jeden z roztokov systému, aby sa zabránilo vniknutiu rozpúšťadla do neho, sa nazýva osmotický tlak. Osmotický tlak roztoku je priamo úmerný jeho koncentrácii a absolútnej teplote. Van't Hoff zistil, že osmotický tlak zriedených roztokov sa riadi zákonmi plynu a možno ho vypočítať pomocou vzorca:

kde R je plynová konštanta (0,0821); Т – absolútna teplota (273 оС + t оС) roztoku; C je koncentrácia rozpustenej látky v móloch; i – izotonický koeficient.

Hodnota izotonického koeficientu je určená charakteristikami procesov rozpúšťania látky. Pre neelektrolyty (napríklad pre sacharózu) sa i rovná 1. Pre roztoky elektrolytov závisí hodnota i od počtu iónov, na ktoré sa molekula rozpadne, a od stupňa disociácie. Hodnoty i pre roztoky NaCl sú uvedené v tabuľke.

Hodnoty izotonického koeficientu roztokov chloridu sodného Koncentrácia NaCl Hodnota i Hodnota osmotického tlaku bunkovej šťavy vyjadruje schopnosť rastlinnej bunky „absorbovať“ vodu a poukazuje na možnosť rastu rastlín na pôdach rôznej vodnej- pevnosť držania. Zároveň je zvýšenie osmotického tlaku bunkovej šťavy počas sucha kritériom pre dehydratáciu rastlín a potrebu zalievania.

Plazmolytická metóda na stanovenie osmotického tlaku bunkového obsahu je založená na skutočnosti, že osmotický tlak roztokov, ktorý určuje pohyb vody cez membránu, môžu vytvárať rôzne látky (osmolytiká). Preto na určenie osmotického tlaku bunkovej miazgy nie je potrebná znalosť jej kvalitatívneho zloženia a koncentrácie jednotlivých látok, ale treba nájsť koncentráciu látky vo vonkajšom roztoku, pri ktorej nedochádza k pohybu vody cez plazmalemu. v neprítomnosti turgoru a plazmolýzy. Na tento účel sa časti skúmaného tkaniva ponoria do série roztokov so známymi koncentráciami a potom sa skúmajú pod mikroskopom. Na základe skutočnosti, že plazmolýzu môžu spôsobiť iba hypertonické roztoky, nachádza sa najslabší z nich, pri ktorom sa v jednotlivých bunkách zisťuje iba počiatočná plazmolýza. Nasledujúci zriedenejší roztok nebude plazmolýzovať bunky.

V dôsledku toho bude koncentrácia izotonického roztoku pre tieto bunky rovná (s určitým stupňom chyby) aritmetickému priemeru medzi koncentráciami susedných roztokov.

Pre pohodlie sa práca vykonáva s tkanivami, ktorých bunky obsahujú antokyány v bunkovej šťave: epidermis šupín modrej cibule, spodná epidermis listu tradescantia. Ako plazmolytikum sa používajú roztoky sacharózy alebo NaCl.

Materiály a vybavenie: mikroskop, sklíčka a krycie sklíčka, žiletka, pitevná ihla, roztoky 1 M NaCl a 1 M sacharózy, listy tradescantie alebo cibuľky modrej.

Pomocou 1 M roztoku sacharózy alebo NaCl pripravte zriedením 5 ml roztokov podľa tabuľky.

Po dôkladnom premiešaní roztokov prelejte do sklenených fliaš alebo téglikov, kam umiestnite 2-3 rezy testovaného tkaniva na 30 minút.

V tomto prípade je potrebné zabezpečiť, aby rezy neplávali na povrchu, ale boli ponorené do kvapaliny (ak rez pláva, treba ho „utopiť“ pomocou pitevnej ihly). Fľaše prikryte viečkami alebo podložnými sklíčkami, aby ste zabránili vyparovaniu.

Po uplynutí určeného inkubačného času preskúmajte rezy pod mikroskopom v kvapke vhodného roztoku (nie vo vode!) v rovnakom poradí, v akom boli ponorené do roztokov. Sklenenú tyčinku alebo pipetu, ktorou sa roztok nanášal na podložné sklíčka, treba po každom roztoku dôkladne opláchnuť destilovanou vodou a utrieť obrúskom alebo filtračným papierom.

Cvičenie. Určte prítomnosť plazmolýzy a jej stupeň v skúmanom tkanive. Stupeň plazmolýzy je vyjadrený pojmami: „silný“, „slabý“, „počiatočný“, „nedostatok plazmolýzy“. Výsledky zapíšte do tabuľky.

Stupeň plazmolýzy Izotonická koncentrácia, M Osmotický tlak bunkovej šťavy v atm a kPa Stanovte izotonickú koncentráciu chloridu sodného, ​​t. j. obsah NaCl, ktorý vytvára osmotický tlak podobný bunkovej šťave v skúmanom tkanive. Vypočítajte osmotický tlak pomocou rovnice (1). Pomocou koeficientu 101,3 vypočítajte osmotický tlak v kPa.

1. Čo je to osmotický tlak?

2. Ako sa vypočíta osmotický tlak?

3. Od čoho závisí hodnota izotonického koeficientu?

4. Kritérium, pre ktorý proces je zvýšenie osmotického tlaku bunkovej šťavy?

2. VLASTNOSTI BUNKOVÝCH MEMBRÁN

Najdôležitejšou vlastnosťou bunkových membrán je selektívna permeabilita. Vonkajšia cytoplazmatická membrána, oddeľujúca bunku od prostredia, riadi transport látok medzi bunkou a voľným priestorom. Intracelulárne membrány vďaka svojej prirodzenej selektívnej permeabilite poskytujú kompartmentalizačnú funkciu, ktorá umožňuje bunke a organelám zadržiavať potrebné enzýmy a metabolity v malých objemoch, vytvárať heterogénne fyzikálno-chemické mikroprostredie a vykonávať rôzne, niekedy opačne smerované, biochemické reakcie na rôznych strany membrány.

Priepustnosť bunkových membrán pre rôzne látky môže byť kritériom pre životaschopnosť buniek. Selektívna permeabilita membrány je zachovaná, pokiaľ bunka zostáva nažive.

ŠTÚDIUM SELEKTÍVNEJ PRÍPUSTNOSTI

RASTLINNÉ BUNIEK PLAZMALEMÁMY

Úvodné poznámky. Permeabilitu plazmatickej membrány pre rôzne látky možno porovnať na základe jednoduchých pozorovaní charakterizujúcich trvanie plazmolýzy v rastlinných bunkách nachádzajúcich sa v hypertonických roztokoch skúmaných látok. V prípade dostatočne nízkej permeability plazmalemy pre rozpustenú látku alebo úplnej absencie schopnosti jej molekúl voľne difundovať do rastlinnej bunky dôjde k perzistentnej plazmolýze, pri ktorej môžu plazmolyzované bunky zotrvať v nezmenenom stave. dlho. Ak však molekuly rozpustenej látky prechádzajú cez membránu, ale pomalšie ako molekuly vody, potom je plazmolýza, ktorá začína, dočasná a čoskoro zmizne. V dôsledku postupného prenikania rozpustenej látky do bunky bude pozorovaný tok vody z vonkajšieho roztoku pozdĺž koncentračného gradientu, čo v konečnom dôsledku spôsobí prechod bunky do deplazmolyzovaného stavu.

Cieľ práce. Porovnajte permeabilitu bunkových membrán s rôznymi látkami na základe pozorovania pretrvávajúcej a dočasnej plazmolýzy.

Materiál a vybavenie: mikroskop, sklíčka a krycie sklá, žiletka, pitevná ihla, pinzeta, 1 M roztok sacharózy, 1 M roztok močoviny, 1 M roztok glycerínu, filtračný papier, cibuľová cibuľka.

Kvapka roztoku sa aplikuje na tri objektové stély: na jeden - 1 M roztok sacharózy, na druhý - 1 M roztok močoviny, na tretí - 1 M roztok glycerolu. Do každej kvapky sa umiestni fragment farebnej cibuľovej epidermy, prikryje sa krycím sklíčkom a skúma sa pod mikroskopom. Nájdite oblasti, v ktorých sú plazmolyzované bunky jasne viditeľné. Zaznamenáva sa čas začiatku plazmolýzy - začiatok pozorovania. Nechajte prípravky pôsobiť 10–30 minút a potom ich znova preskúmajte pod mikroskopom. V roztoku sacharózy sa pozoruje pretrvávajúca plazmolýza a v roztokoch močoviny a glycerolu - dočasná. Dôvodom deplazmolýzy v posledných dvoch roztokoch je priepustnosť plazmatickej membrány pre molekuly močoviny a glycerolu.

Cvičenie. Vykonajte štúdium charakteristík plazmolýzy rastlinných buniek v roztokoch rôznych látok. Výsledky pozorovania zaznamenajte do tabuľky, pričom každých 10 minút po začiatku pozorovania si poznačte stupeň plazmolýzy. Na základe analýzy experimentálnych výsledkov identifikujte rozdiely v trvaní zachovania plazmolyzovaného stavu spôsobené rôznymi osmolytikami a vyvodte záver o relatívnej permeabilite plazmalemy pre skúmané látky.

Poznámka: +++ – silná plazmolýza, ++ – stredná plazmolýza, + – slabá plazmolýza.

1. Čo je selektívna permeabilita bunkových membrán?

2. Ktoré látky ľahšie prenikajú cez bunkové membrány?

3. Ako možno využiť vlastnosť selektívnej permeability na určenie životaschopnosti rastlinnej bunky?

ŠTÚDIUM DIFUZIE NEUTRÁLU

ČERVENÁ CEZ PLASMALEMMA

RASTLINNÁ BUNKA

Úvodné poznámky. Plazmatická membrána izoluje vnútrobunkový obsah od vonkajšieho prostredia. K výmene látok medzi vnútrobunkovým obsahom a prostredím obklopujúcim bunku dochádza ich transportom cez membránu. Lipidová dvojvrstva je prekážkou pohybu látok. Väčšina exogénnych fyziologicky významných látok vstupuje do bunky v dôsledku fungovania pasívnych a aktívnych transportných systémov na plazmaleme. Je však možná aj jednoduchá pasívna difúzia cez lipidovú dvojvrstvu, ktorá je hydrofóbnou fázou.

Základné vzorce difúzie látok cez lipidovú dvojvrstvu boli stanovené koncom 19. a začiatkom 20. storočia, teda v období, keď biomembrány zostali len hypotetickými štruktúrami bunky. Práve skutočnosť, že hydrofóbne látky prenikajú dovnútra bunky lepšie ako hydrofilné, bola základom pre predpoklad vedcov o prítomnosti lipidov v membráne.

Proces difúzie látok cez membránu sa riadi prvým Fickovým zákonom, ktorého matematické vyjadrenie, aplikované na membránu, je opísané vzorcom:

kde Pi je koeficient priepustnosti membrány pre látku i; CIII a CII sú koncentrácie látky i na oboch stranách membrány.

Slabé kyseliny a zásady sa vyznačujú tým, že stupeň ionizácie ich molekúl v zriedených roztokoch závisí od pH (pozri Laboratórna práca 1, vzorec (2)). To znamená, že stupeň disociácie slabých molekúl elektrolytu v rozsahu hodnôt pH číselne rovných pKa je 50%. Keď pH klesne o jednu, bude ionizovaných viac ako 90 % molekúl slabej bázy, a keď sa pH zvýši o rovnakú hodnotu, bude ionizovaných menej ako 10 %.

Ešte v prvej polovici 20. storočia sa ukázalo, že elektricky neutrálne, neionizované molekuly slabých elektrolytov celkom dobre prenikajú cez plazmatickú membránu do rastlinných buniek, pričom membrána sa ukazuje ako prakticky nepriepustná pre zodpovedajúce ióny. Napríklad koeficienty permeability plazmalemy pre amoniak a amónny ión sa líšia viac ako 100-krát. Hodnoty pH sa tak posunú len o 1–2 jednotky. vedie k viac ako 10-násobnej zmene koncentrácie foriem molekúl látok transportovaných cez membránu.

Medzi slabými elektrolytmi sú obzvlášť zaujímavé acidobázické indikátory, pretože molekuly týchto látok sú charakterizované zmenou ich optických vlastností po ionizácii. Navyše, vzhľadom na charakteristickú farbu roztokov týchto zlúčenín je celkom jednoduché určiť ich obsah kolorimetricky. Neutrálna červená (NR) je slabý základ. Ionizované molekuly NA (pri pH 6,8 a menej) zafarbia roztoky intenzívnej karmínovej farby. Keď sa pH zvyšuje z 6,8 na 8,0, dochádza k postupnej zmene farby na svetložltú v dôsledku zníženia stupňa disociácie molekúl NA. V alkalických roztokoch prevládajú elektricky neinfikované molekuly NA, ktoré sú dobre transportované cez lipidovú dvojvrstvu plazmatickej membrány a v kyslých roztokoch prevažujú ióny NA, ktoré sú pre membránu slabo priepustné.

Molekuly NA vstupujúce do bunky cez plazmalemu môžu difundovať cez iné bunkové membrány, avšak po preniknutí do vakuoly (kyslého oddelenia rastlinnej bunky) sa molekuly NA ionizujú a zafarbia obsah vakuoly karmínovo. V tomto prípade sa NK ióny ukážu ako „uzavreté“ v priestore vakuoly, t.j. majú tendenciu sa hromadiť.

Cieľ práce. Štúdium vzorcov difúzie neutrálnej červenej cez plazmalemu rastlinnej bunky Materiály a vybavenie: nožnice, vodno-alkoholický roztok neutrálnej červenej, decinormálne roztoky hydroxidu sodného a kyseliny chlorovodíkovej, univerzálny indikátorový papierik, Petriho misky, mikroskop, stopky. , kultúra rias Nitella flexilis.

Pridajte 5 kvapiek neutrálneho červeného roztoku do 100 ml vody.

Tento roztok nalejte rovnomerne do 4 Petriho misiek. Kontrola kyslosti obsahu Petriho misiek univerzálnym indikátorovým papierikom s použitím roztokov HCl a NaOH upravte kyslosť v prvej Petriho miske na pH 9,0, v druhej na pH 8,0, v tretej na pH 7,0, vo štvrtej na hodnotu pH. pH 5,0. Označte Petriho misky.

Pomocou nožníc opatrne odstráňte 8–12 internódií rias z Nitella flexilis thallus. Pri skúmaní internódií pod mikroskopom sa uistite, že pripravené bunky sú natívne: živé, nepoškodené bunky si zachovávajú súvislé rady chloroplastov umiestnené paralelne so svetelnou čiarou, navyše sa pozoruje intenzívny pohyb cytoplazmy - cyklóza;

Do Petriho misiek vložte 2-3 bunky internódií rias.

Spustite stopky.

Cvičenie. Určite čas potrebný na zafarbenie buniek rias v každom experimente. Za týmto účelom po 5 minútach porovnajte bunky internódií rias každého z variantov podľa intenzity farby. Operáciu opakujte po 10, 20, 30 minútach. Výsledky pozorovania zapíšte do tabuľky. Vyvodiť závery týkajúce sa slabých základných foriem difundujúcich cez membránu.

Hodnota pH média Poznámka: +++ – intenzívna farba, ++ – stredná farba, + – slabá farba, – žiadna farba.

1. Od akých faktorov závisí stupeň disociácie slabých kyselín a zásad?

2. Prečo sú biomembrány priepustnejšie pre nedisociované formy slabých elektrolytov?

3. Za akých podmienok sa pozoruje akumulácia slabého elektrolytu v článku?

ZMENA PRIEpustnosti TONOPLASTU

A PLAZMALEMÁM PRE BETACYANÍN POD

PÔSOBENIE FYZIKÁLNEHO A CHEMICKÉHO

FAKTORY

Úvodné poznámky. Selektívna permeabilita bunkových membrán sa mení pod vplyvom rôznych faktorov. Vplyv akýchkoľvek látok alebo podmienok na membránovú permeabilitu možno určiť meraním uvoľňovania rôznych metabolitov z bunky.

Betacyanín, repný pigment, je relatívne veľká, vo vode vysoko rozpustná molekula nachádzajúca sa v bunkovej šťave.

Aby sa molekula betakyanínu dostala do vonkajšieho prostredia, musí prejsť cez tonoplast, hlavnú cytoplazmatickú matricu a plazmalemu. Tonoplasty živých buniek sú pre molekuly tohto pigmentu nepreniknuteľné. Difúzia betakyanínu z vakuoly do média môže nastať pomerne rýchlo pôsobením rôznych faktorov alebo činidiel, ktoré spôsobujú zvýšenie priepustnosti membrány. Meraním optickej hustoty inkubačného média po určitom čase je možné posúdiť mieru vplyvu konkrétneho faktora na permeabilitu membrán.

Cieľ práce. Určte vplyv teploty, ako aj kyselín a alkoholov na priepustnosť bunkových membrán pre betakyanín jeho uvoľňovaním do vonkajšieho roztoku.

Materiály a vybavenie: destilovaná voda, 30% roztok kyseliny octovej, 50% roztok etanolu, filtračný papier, skúmavky, stojan na skúmavky, vodný kúpeľ, spektrofotometer alebo fotokolorimeter, cvikla.

Po odstránení podkožného pletiva sa koreň repy nakrája na kocky (strana kocky 5 mm) a dôkladne sa premyje vodou počas 5–10 minút, aby sa odstránil pigment uvoľnený z poškodených buniek.

Potom sa umiestnia po jednom do každej zo 4 skúmaviek, do ktorých sa naleje 5 ml rôznych médií podľa experimentálnej schémy: destilovaná voda (2 skúmavky), roztoky kyseliny octovej a etanolu.

Prvá skúmavka s destilovanou vodou sa nechá stáť a obsah druhej sa zahrieva vo vodnom kúpeli 2–3 minúty. Po 30 minútach sa všetky skúmavky dôkladne pretrepú, kocky repy sa odstránia a intenzita farby roztokov sa stanoví pomocou fotokolorimetra s filtrom zeleného svetla alebo spektrofotometra = 535 nm.

Optická hustota roztoku, Intenzita farby, Experimentálna možnosť Priradenie. Urobte si prieskum. Výsledky meraní optickej hustoty zadajte do tabuľky. Identifikujte rozdiely v permeabilite tonoplastu a plazmalemy pre betacyanín v bunkách koreňov repy vystavených rôznym faktorom a vyvodte záver o dôvodoch týchto rozdielov.

1. Aký význam má selektívna permeabilita bunkových membrán?

2. Od čoho závisí selektívna priepustnosť membrán rastlinných buniek?

3. VLASTNOSTI CYTOPLAZMY

Hlavný objem cytoplazmy, ktorý vypĺňa priestor medzi bunkovými organelami, sa nazýva cytosol. Podiel vody v cytosóle je približne 90 %. Takmer všetky hlavné biomolekuly sú obsiahnuté v rozpustenej forme v cytosóle. Pravé roztoky tvoria ióny a malé molekuly (soli alkalických kovov a kovov alkalických zemín, cukry, aminokyseliny, mastné kyseliny, nukleotidy a rozpustené plyny). Veľké molekuly, ako sú proteíny, tvoria koloidné roztoky. Koloidný roztok môže byť sól (neviskózna) alebo gél (viskózna). Intenzita väčšiny vnútrobunkových procesov závisí od viskozity cytosolu.

Najdôležitejšou vlastnosťou cytoplazmy je jej aktívny pohyb.

Toto je charakteristický znak živej rastlinnej bunky, indikátor aktivity jej životne dôležitých procesov. Pohyb cytoplazmy zabezpečuje vnútrobunkový a medzibunkový transport látok, pohyb organel v bunke a hrá dôležitú úlohu pri reakciách dráždivosti. Na jej realizácii sa podieľajú prvky cytoskeletu – mikrofilamenty a mikrotubuly. Zdrojom energie pre tento pohyb je ATP. Cytoplazmatický pohyb (cyklóza) je jedným z najcitlivejších indikátorov životaschopnosti buniek. Mnohé aj drobné vplyvy ho zastavia, alebo naopak urýchlia.

VPLYV IÓNOV DRASLÍKA A VÁPNIKA NA

VISKOZITA CYTOPLAZMU RASTLINNÝCH BUNIEK

Úvodné poznámky. Jednotlivé katióny môžu výrazne zmeniť viskozitu cytoplazmy. Zistilo sa, že draselné ióny prispievajú k zvýšeniu obsahu vody a zníženiu viskozity. Nižšia viskozita cytoplazmy podporuje priebeh syntetických procesov a vnútrobunkový transport látok, ale znižuje odolnosť rastlinných buniek voči nepriaznivým vonkajším podmienkam. Na rozdiel od draslíka vápnik zvyšuje viskozitu cytoplazmy. Pri vyššej viskozite cytosolu prebiehajú fyziologické procesy pomalšie, čím sa zvyšuje odolnosť bunky voči nepriaznivým podmienkam prostredia.

Zmeny viskozity cytoplazmy pod vplyvom iónov draslíka a vápnika možno posúdiť formou plazmolýzy v bunkách v hypertonických roztokoch ich solí. Keď sa rastlinné bunky inkubujú dlhú dobu v roztokoch obsahujúcich draselné ióny, pozoruje sa čiapočková plazmolýza. V tomto prípade draselné ióny prechádzajú cez plazmalemu do cytoplazmy, ale skôr pomaly prenikajú cez tonoplast do vakuoly. V dôsledku opuchu cytoplazmy má protoplast konvexný tvar, ktorý sa oddeľuje iba od priečnych rezov bunkových stien, z ktorých sa pozoruje tvorba takzvaných „čiapkov“. Zvýšenie cytoplazmatickej viskozity spôsobené vápnikom sa dá ľahko zistiť pozorovaním zmeny tvaru plazmolyzujúceho protoplastu: ak plazmolytikum obsahuje vápnik, potom konkávna plazmolýza často prechádza do kŕčovitej formy.

Cieľ práce. Študovať povahu vplyvu iónov draslíka a vápnika na viskozitu cytoplazmy rastlinnej bunky na základe pozorovaní čiapky a konvulzívnej plazmolýzy.

Materiál a vybavenie: mikroskop, sklíčka a krycie sklá, žiletka, pitevná ihla, pinzeta, 1 M roztok KNO3, 1 M roztok Ca(NO3)2, filtračný papier, cibuľová cibuľka.

Na jedno sklíčko sa dá kvapka 1 M roztoku dusičnanu draselného a na druhé 1 M roztok dusičnanu vápenatého. Kúsok cibuľovej epidermis, odstránený z konkávneho povrchu tej istej cibuľovej šupiny, sa vloží do oboch kvapiek a prikryje sa krycími sklíčkami. Po 30 minútach sa preparáty skúmajú pod mikroskopom v roztokoch, v ktorých sa nachádzali. Pozoruje sa fenomén plazmolýzy. V niektorých epidermálnych bunkách uchovávaných v roztoku KNO3 tvorí cytoplazma „čiapky“ na strane priečnych bunkových stien, ktorých vzhľad je spôsobený zvýšenou hydratáciou cytosólu pod vplyvom draselných iónov. Vápenaté ióny naopak zvyšujú viskozitu cytoplazmy, zvyšujú jej adhézne sily k bunkovej stene a protoplast nadobúda nepravidelné tvary charakteristické pre konvulzívnu plazmolýzu.

Cvičenie. Nakreslite pozorované formy plazmolýzy. Odhalte závislosť formy plazmolýzy od viskozity cytoplazmy v prítomnosti iónov draslíka a vápnika.

1. Ako ovplyvňujú ióny draslíka a vápnika viskozitu cytoplazmy?

2. Za akých podmienok sa pozoruje konvulzívna plazmolýza?

3. Čo spôsobuje tvorbu „klobúčikov“ v dôsledku inkubácie buniek v roztoku KNO3?

POZOROVANIE POHYBU CYTOPLAZMY

RASTLINNÉ BUNKY A MERANIE JEJ

RÝCHLOSŤ

Úvodné poznámky. Najvhodnejšie na pozorovanie pohybu cytoplazmy sú veľké rastlinné bunky s veľkými vakuolami (bunky internódií charopytových rias, morských sifónových zelených rias, bunky listov vodných rastlín Elodea, Vallisneria atď.). Existuje niekoľko typov cytoplazmatického pohybu. Najbežnejší je oscilačný pohyb. Považuje sa za najmenej usporiadaný, pretože v tomto prípade sú niektoré častice v pokoji, iné sa posúvajú na perifériu a iné do stredu bunky. Pohyb je nestabilný a náhodný. Obehový pohyb je charakteristický pre bunky, ktoré majú cytoplazmatické šnúry prechádzajúce centrálnou vakuolou. Smer a rýchlosť pohybu častíc nachádzajúcich sa vo vnútri alebo na povrchu cytoplazmatickej vrstvy, ako aj v cytoplazmatických vrstvách, nie sú konštantné. Pri rotačnom pohybe sa cytoplazma pohybuje len na periférii bunky a pohybuje sa ako hnací remeň. Pohyb tohto typu má na rozdiel od obehu viac-menej konštantný a usporiadaný charakter, a preto je vhodný na kvantitatívne štúdium. Okrem vyššie uvedeného existujú aj cytoplazmatické pohyby, ako sú gushing a kyvadlové pohyby. Typy pohybu sa navzájom podmienene líšia a v tej istej bunke sa môžu pohybovať z jedného do druhého.

Pohyb cytoplazmy možno charakterizovať určením jej rýchlosti, ktorá závisí nielen od hnacej sily, ale aj od viskozity cytoplazmy. Rýchlosť pohybu cytoplazmy možno merať pod mikroskopom pozorovaním pohybu jej častíc.

Cieľ práce. Oboznámte sa s rotačným typom cytoplazmatického pohybu a zmerajte jeho rýchlosť v rôznych rastlinných objektoch.

Materiály a vybavenie: mikroskop, sklíčka a krycie sklíčka, žiletka, pitevná ihla, umelý vodný roztok z jazierka, list Vallisneria, internodálne bunky nitella.

Z čepele listu Vallisneria sa ostrou žiletkou odreže malý kúsok, snažiac sa čo najmenej poraniť list, umiestnite ho do kvapky vody na podložné sklíčko a skúmajte pod mikroskopom, najskôr pri nízkej, potom pri veľké zväčšenie. Neodporúča sa robiť rezy z listu, pretože bunky sú vážne poranené a pohyb v nich sa zastaví. Pohyb cytoplazmy možno ľahko pozorovať pohybom všetkých chloroplastov v jednom smere pozdĺž bunkovej steny. Tento pohyb sa nazýva rotačný.

Na pozorovanie cyklózy v bunkách Nitella sa vopred pripravené bunky umiestnia do špeciálnych komôr, ktoré sa naplnia roztokom umelej jazierkovej vody. Všetky charopytové riasy tiež vykazujú rotačný typ cytoplazmatického pohybu, ale chloroplasty v týchto bunkách sú nepohyblivé. Priamo k celulózovej membráne prilieha hustá a nepohyblivá vrstva cytoplazmy, nazývaná ektoplazma. V tejto vrstve sú upevnené chromatofóry, ktoré tvoria jednu vrstvu tesne susediacich pravidelných pozdĺžnych radov. Medzi vakuolou a vrstvou ektoplazmy sa nachádza vnútorná tekutá pohyblivá vrstva cytoplazmy, takzvaná endoplazma. Jeho intenzívny pohyb možno pozorovať pohybom organel menších ako chloroplasty – malých bezfarebných inklúzií suspendovaných v cytoplazme.

Na určenie rýchlosti pohybu cytoplazmy použite stopky a okulárové pravítko umiestnené v okuláre mikroskopu. Pomocou stopiek sa počíta čas, za ktorý chloroplast alebo iná pohybujúca sa častica prejde vzdialenosť medzi dvoma vybranými dielikmi očného pravítka. Takéto merania v tej istej bunke sa vykonávajú 3-5 krát. Na výpočet rýchlosti pohybu cytoplazmy sa meria hodnota delenia očného pravítka. Na tento účel sa na stolík mikroskopu umiestni predmetový mikrometer, ktorý sa skúma očným mikrometrom. Upevnite vybranú šošovku na dieliky objektového mikrometra a spočítajte počet dielikov objektového mikrometra. Cena dielikov očného mikrometra sa vypočíta podľa vzorca kde N je cena dielikov okulárneho mikrometra; 10 µm – cena mikrometrového delenia; b – počet dielikov mikrometra okuláru, ktoré zapadajú do (a) dielikov objektového mikrometra.

Rýchlosť pohybu častíc je pomer vzdialenosti v mikrometroch k počtu sekúnd, počas ktorých pohybujúca sa častica prejde túto vzdialenosť (μm/s).

Cvičenie. Určte rýchlosť cytoplazmatického pohybu v bunkách vodných rastlín. Výsledky merania zapíšte do tabuľky. Vytvorte schematické nákresy buniek uvažovaných objektov a pomocou šípok označte smer pohybu cytoplazmy, porovnajte povahu a rýchlosť cyklózy.

Objekt Typ pohybu Vzdialenosť Čas cesty častice, s Rýchlosť cyklózy, 1. Čo je cytosol?

2. Ako závisí forma plazmolýzy od viskozity cytoplazmy rastlinných buniek?

3. Aký biologický význam má pohyb cytoplazmy?

4. Aké sú hlavné typy cytoplazmatického pohybu?

5. Čo určuje rýchlosť pohybu cytoplazmy?

Od autorov ……………………………………………………….

1. RASTLINNÁ BUNKA AKO OSMOTICKÁ

SYSTÉM ……………………………………………………………….

Laboratórne práce Modely rastlinných buniek………………………………………... Laboratórne práce Fenomén plazmolýzy a deplazmolýzy rastlinnej bunky..……. Laboratórne práce Stanovenie osmotického tlaku bunkovej šťavy plazmolytickou metódou……………………………………….…………………. 2. VLASTNOSTI BUNKOVÝCH MEMBRÁN………..…………..

Laboratórne práce Štúdium selektívnej permeability plazmalemy rastlinnej bunky………………………….…………………………….. Laboratórne práce Štúdium difúzie neutrálnej červenej cez plazmalemu Laboratórne práce Zmeny permeability tonoplastu a plazmalemy pre betacyanín vplyvom fyzikálnych a chemických faktorov... 3. VLASTNOSTI CYTOPLAZMY…………………………………... Laboratórne práce Vplyv iónov draslíka a vápnika na viskozita cytoplazmy rastlinnej bunky ………………………………………… ..…………………………. Laboratórne práce Pozorovanie pohybu cytoplazmy rastlinných buniek a meranie jej rýchlosti……………………………………………………….

FYZIOLÓGIA RASTLINNÝCH BUNIEK

Workshop "Fyziológia rastlín"

pre študentov Biologickej fakulty Zodpovedný za vydanie A.P. Kudryashov Podpísané na zverejnenie 31. augusta 2009. Formát 6084/16. Ofsetový papier.

Typ písma Times. Podmienené rúra l. 1,63. Akademické vyd. l. 1.62. Náklad 50 kópií. Zach.

Bieloruská štátna univerzita 220030, Minsk, Independence Avenue, 4.

Vytlačené z pôvodného rozloženia zákazníka pomocou kopírovacieho zariadenia Bieloruskej štátnej univerzity.

Podobné diela:

"MINISTERSTVO ZDRAVOTNÍCTVA RUSKA Štátna rozpočtová vzdelávacia inštitúcia vyššieho odborného vzdelávania IRKUTSK ŠTÁTNA LEKÁRSKA UNIVERZITA (GBOU HPE IGMU Ministerstva zdravotníctva Ruska) Kurz fyzikálnej terapie a športového lekárstva AKADEMICKÁ DISCIPLÍNA FYZIKÁLNA TERAPIA A KONTROLA LEKÁRSKE METODICKÉ ODPORÚČANIA ZATRIEDENIE ŠTUDENTOV odbor: 060103 (040200) – Pediatria ( PED), 5. ročník TÉMA VYUČOVANIA: Pohybová terapia V SYSTÉME LIEČEBNEJ REHABILITÁCIE. ZÁKLADY...“

"Univerzitná katedra bezpečnosti života, anatómie a fyziológie FYZIOLÓGIA (FYZIOLÓGIA ČLOVEKA A ZVIERAT) Vzdelávací a metodický komplex Pre študentov študujúcich v odbore 020201 Biológia Gorno-Altaisk RIO Gorno-Altaisk State University 2008 Vydané rozhodnutím metodickej rady Gorno-Altaisk -Altajská štátna univerzita...“

„Recendenti: doktor biologických vied, profesor Valerij Petrovič Panov - Moskovská poľnohospodárska akadémia; Doktor poľnohospodárskych vied, profesor Nikolaj Vasilievič Gruzdev - vedúci. Katedra súkromnej zootechniky Univerzity RUDN. Blokhin G.I. K64 Cynology. Učebnica pre vysoké školy / G. I. Blokhin, M. Yu Gladkikh, A. A. Ivanov, B. R. Ovsishcher, M. V. Sidorova - M.: OOO Publishing House Scriptorium 2000, 2001. - 432 s. s chorým. Učebnica obsahuje informácie o anatómii, fyziológii, kŕmení, údržbe, chove a genetike psov....“

“KAZANSKÁ FEDERÁLNA (VOLGA REGION) UNIVERZITA Fakulta biológie a pôd Katedra fyziológie človeka a živočíchov PRAKTIKUUM FYZIKÁLNYCH A CHEMICKÝCH METÓD V BIOLÓGII Vzdelávacia a metodická príručka Yakovleva O.V., Sitdikova G.F., Yakovlev A.V. Kazaň-2010 1 Uverejnené rozhodnutím výchovno-metodickej rady Fakulty biológie a pôdoznalectva KF(P)U protokol č zo dňa Porada Katedry fyziológie človeka a živočíchov č o Oponent: Yakovleva O.V., Sitdikova G.F., Jakovlev A.V. Workshop o fyzikálnych a chemických metódach...“

„New Arrivals Bulletin (november 2008) 1. SPOLOČENSKÉ VEDY 1.1. filozofia. Psychológia. Logika 1. Yu9ya7 Bogomolova, N. N. Sociálna psychológia masovej komunikácie: učebnica. poB 74 manuál pre vysoké školy / N. N. Bogomolova. - M.: Aspect Press, 2008. - 191 s. a - 1; h/zo - 1; 2. Yuya7 Úvod do filozofie: učebnica. manuál pre vysoké školy / I. T. Frolov [atď.]. - 4. B 24. vyd., prepracované. a dodatočné - M.: Kultúrna revolúcia, 2007. - 623 s. študent - 1; 3. Yu Goldobina, L. A. Spoločnosť ako zvláštny druh bytosti:...“

BIOLOGICKÁ FAKULTA BIELORUSKEJ ŠTÁTNEJ UNIVERZITY Katedra botaniky ZÁKLADY BOTANIKY Pokyny pre laboratórne vyučovanie pre študentov 1. ročníka dennej formy štúdia v odboroch 1-31 01 02 Biochémia; 1-31 01 03 Mikrobiológia MINSK 2013 MDT 581,4 (077) BBK 28,56 r.ya73 O-75 Zostavili: T. A. Sautkina, V. D. Poliksenova, A. K. Khramtsov, V. N. Bieloruská fakulta D. Tikhomirov odporučil, A. Tikhomirov Štátna univerzita 27. februára 2013...”

BIOLOGICKÁ FAKULTA BIELORUSKEJ ŠTÁTNEJ UNIVERZITY Katedra fyziológie človeka a živočíchov VÝVOJ VYŠŠÍCH STAVOVCOV: VTÁKY Pokyny pre kurz Biológia individuálneho vývinu pre študentov Biologickej fakulty odbor 1-31 01 01 Biológia MINSK 2007 R182 6706 Autori. a zostavovatelia: G. T. Maslova, A.V Sidorov Odporúčané Akademickou radou Biologickej fakulty 7. decembra 2007, protokol č.5 Recenzent: kandidát biologických vied docent C...."

„Štátna rozpočtová vzdelávacia inštitúcia vyššieho odborného vzdelávania Irkutská štátna lekárska univerzita Ministerstva zdravotníctva Ruskej federácie Kardiovaskulárny systém: anatomické a fyziologické vlastnosti, metódy výskumu a semiotika hlavných lézií Vzdelávacia a metodická príručka Irkutsk IGMU 2012 1 MDT BBK 57.319ya73 C 32 Odporúčané Federálnou migračnou službou Pediatrickej fakulty Štátna rozpočtová vzdelávacia inštitúcia vyššieho odborného vzdelávania IGMU Ministerstva zdravotníctva Ruska ako... „ZDRAVIE A SOCIÁLNY ROZVOJ RUSKEJ FEDERÁCIE (GBOU HPE VOLGGMU MINISTERSTVO ZDRAVIA A SOCIÁLNYCH VÝVOJ RUSKA) schvaľujem _ hlav. Ústav patologickej fyziológie, doktor lekárskych vied, profesor L.N. Rogova METODICKÝ ROZVOJ pre študentov viesť praktické vyučovanie v odbore Patofyziológia, patofyziológia hlavy a krku v odbore...“

„Federálna agentúra pre vzdelávanie Štátna vzdelávacia inštitúcia vyššieho odborného vzdelávania ŠTÁTNA UNIVERZITA GORNALTAJSKÉHO ŠTÁTU Katedra bezpečnosti života, anatómie a fyziológie ČLOVEK Vzdelávací a metodický komplex Pre študentov študujúcich v odbore 020201 Biológia Gorno-Altaisk RIO Štátna univerzita Gorno-Altaisk 2009 Vydala rozhodnutie metodickej rady Gorno-Altajskej štátnej univerzity UDC 611; 591,4 BBK Author's..."

„Donecká štátna lekárska univerzita. M. Gorkého Katedra lekárskej chémie METODICKÉ POKYNY pre praktické vyučovanie z medicínskej chémie pre študentov 1. ročníka medzinárodnej lekárskej fakulty. Doneck - 2011 1 Metodický pokyn vypracoval: prednosta. katedra, docent Roždestvensky E.Yu. Docent Sidun M.S., st učiteľ Pavlenko V.I., asistenti oddelenia Ignatieva V.V., Boytsova V.E., Busurina Z.A., Streletskaya L.P., Sidorenko L.M. Smernice boli schválené pre...”

„ŠTÁTNA LEKÁRSKA UNIVERZITA IRKUTSK Katedra komunálnej hygieny a hygieny detí a dorastu HYGIENICKÉ POŽIADAVKY NA DETSKÚ OBUV (vzdelávacia a metodická príručka pre študentov pediatrickej fakulty) Irkutsk, 2010 Hygienické požiadavky na detskú obuv: Metodická príručka Pogorelova I. ., Popov I.P., Makarova L.I. - Irkutsk: Vydavateľstvo IGMU, 2010. Edukačný manuál bol vypracovaný pod redakciou ved. Katedra profesora Ignatieva L.P. Zamestnanci oddelenia...“

“BIELORUSKÁ ŠTÁTNA UNIVERZITA BIOLOGICKÁ FAKULTA Katedra fyziológie človeka a živočíchov VÝVOJ Obojživelníkov Smernice k predmetu Biológia individuálneho vývinu pre študentov Biologickej fakulty odboru 1-31 01 01 Biológia MINSK 2007 MDT 611.06:7706 R28 zostavovateľov G. T. Maslova, A . V. Sidorov Odporúčané Akademickou radou Biologickej fakulty 10. apríla 2007, protokol č. 7 Recenzent: kandidát biologických vied, docent S. V. Glushen...“

„Zabezpečovanie vzdelávacieho procesu ďalšími knižnično-informačnými zdrojmi a prostriedkami na podporu vzdelávacieho procesu potrebného na realizáciu vzdelávacích programov uchádzajúcich sa o udelenie licencie Odborný odbor Autor, názov, miesto vydania, vydavateľstvo, ročník Počet kusov Počet vydaných výtlačkov pre študentov študujúcich odbor Všeobecné lekárstvo 060101 Pôrodníctvo. pre študentov medicíny univerzity Savelyeva, Pôrodníctvo 537 432 Shalina, Sichinava, Panina, Kurtser. - M.: GEOTAR-Media, 2009...”

“Pjatigorská pobočka Štátnej rozpočtovej vzdelávacej inštitúcie vyššieho odborného vzdelávania Volgogradská štátna lekárska univerzita Ministerstva zdravotníctva Ruskej federácie KATEDRA BIOLOGICKEJ CHÉMIE A MIKROBIOLOGIE NAPR. DORKINA VŠEOBECNÁ MIKROBIOLÓGIA. 2. ČASŤ FYZIOLÓGIA MIKROORGANIZMOV Metodické pokyny pre samostatnú (mimoškolskú) prácu študentov 1. ročníka (denné štúdium) v odbore C2.B.11 - MIKROBIOLÓGIA Pyatigorsk 2013 1 MDT...“

„FEDERÁLNA AGENTÚRA PRE VZDELÁVANIE ŠTÁTNA VZDELÁVACIA INŠTITÚCIA VYSOKÉHO ODBORNÉHO VZDELÁVANIA ŠTÁTNA UNIVERZITA VORONEŽ A.T. Eprintsev, V.N. Popov, D.N. Fedorin IDENTIFIKÁCIA A ŠTÚDIUM GÉNOVÉHO VÝRAZU Vzdelávacia a metodická príručka pre vysoké školy Vydavateľské a polygrafické centrum Voronežskej štátnej univerzity 2008 Schválené vedecko-metodickou radou Fakulty biológie a pedológie 14. februára 2008, protokol č Recenzent Doktor biológie ...”

"ŠTÁTNY VZDELÁVACÍ ÚSTAV VYŠŠIEHO ODBORNÉHO ŠKOLSTVA KURSK ŠTÁTNA LEKÁRSKA UNIVERZITA MINISTERSTVO ZDRAVOTNÍCTVA RUSKEJ FEDERÁCIE FARMACEUTICKÁ FAKULTA KATEDRA BIOLOGICKEJ CHEMIE, PRÍRUČKA PRE PRÍPRAVU AMOP Z FARMAKOLOGICKEJ SCHÉMIE KATEDRA ENCE KURSK - 2005 MDT: 54 :57 (072) BBK: 24:28 Y7 Vydané rozhodnutím redakčnej a vydavateľskej rady KSMU Príručka pre samoštúdium biologickej chémie...“

"ŠTÁTNY ROZPOČTOVÝ VZDELÁVACÍ ÚSTAV VYSOKÉHO ODBORNÉHO ŠKOLSTVA ŠTÁTNA LEKÁRSKA UNIVERZITA VOLGOGRAD MINISTERSTVA ZDRAVOTNÍCTVA A SOCIÁLNEJ POLITIKY RUSKEJ FEDERÁCIE (GBOU VPO VOLGGMU MINISTERSTVO ZDRAVOTNÍCTVA A SOCIÁLNEJ POLITIKY) schvaľuje prednosta I. Ústav patologickej fyziológie, doktor lekárskych vied prof. L. N. Rogová METODICKÝ ROZVOJ pre študentov na vedenie praktických cvičení v odbore Patofyziológia, patofyziológia hlavy a krku v odbore...“

“1 2 N. I. Fedyukovich ĽUDSKÁ ANATÓMIA A FYZIOLÓGIA Schválené Ministerstvom školstva Ruskej federácie ako učebnica pre študentov lekárskych fakúlt študujúcich v odbore 0406 Ošetrovateľstvo Druhé vydanie Rostov na Done Phoenix 2003 BBK 28.8ya723 F32 3 Fedyukovich N. I F 32 Anatómia a fyziológia človeka: učebnica. Ed. 2. - Rostov n/d: vydavateľstvo: Phoenix, 2003. - 416 s. Učebnica pokrýva otázky normálnej anatómie a fyziológie človeka s prihliadnutím na...“

ODDIEL 2

LABORATÓRNE CVIČENIA

Laboratórna práca č.1

Porovnanie priepustnosti membrán živých a mŕtvych buniek

Cvičenie: identifikovať rozdiely v priepustnosti membrán živých a mŕtvych buniek a vyvodiť závery o dôvodoch týchto rozdielov.

Materiály a vybavenie: skúmavky, stojan na skúmavky, skalpel, alkoholová lampa alebo plynový horák, 30% roztok kyseliny octovej, cvikla.

Operačný postup

1. Po odstránení podkožného pletiva sa koreň repy nakrája na kocky (strana kocky 5 mm) a dôkladne sa premyje vodou, aby sa odstránil pigment uvoľnený z poškodených buniek.

2. Do troch skúmaviek vhoďte jeden kúsok cvikly. Do prvého a druhého sa naleje 5 ml vody, do tretieho 5 ml 30% roztoku kyseliny octovej. Prvá skúmavka sa ponechá na kontrolu. Obsah druhého sa varí 2-3 minúty.

3. Vakuoly buniek koreňov repy obsahujú betacyanín, pigment, ktorý dodáva farbu koreňovému tkanivu. Tonoplasty živých buniek sú pre molekuly tohto pigmentu nepreniknuteľné. Po smrti buniek stráca tonoplast svoju polopriepustnú vlastnosť, stáva sa priepustným, molekuly pigmentu opúšťajú bunky a farbia vodu.

V druhej a tretej skúmavke, kde boli bunky zabité varom alebo kyselinou, sa voda zafarbí, ale v prvej skúmavke zostane nezafarbená.

4. Zapíšte si výsledky svojich pozorovaní.

Laboratórna práca č.2

Turgor, plazmolýza a deplazmolýza

Cvičenie:študovať pod mikroskopom javy turgoru, plazmolýzy a deplazmolýzy v epidermálnych bunkách modrej cibule.

Materiály a vybavenie: mikroskopy, pitevné zariadenia, liehové lampy, modrá cibuľa, repné korene, 30% roztok cukru, 5-8% roztok dusičnanu draselného.

Operačný postup

1. Vytvorte plochý rez epidermis modrej cibule a položte ju na podložné sklíčko v kvapke vody.

2. Kvapku prikryte krycím sklíčkom a pozorujte bunky v stave turgoru mikroskopom.

3. Odoberte kvapku 30% cukrového roztoku a priložte ju k kryciemu sklíčku.

4. Dotknutím sa filtračného papiera na opačnom konci krycieho skla vymeňte vodu v prípravku za cukrový roztok.

5. Znova pozorujte pod mikroskopom. Ak plazmolýza ešte nie je badateľná, zopakujte nahradenie vody roztokom cukru.

Pod mikroskopom bude plazmolýza v živých epidermálnych bunkách jasne viditeľná.

6. Pokus vykonajte v opačnom poradí, t. j. opäť vráťte vodu a pozorujte jav deplazmolýzy.

7. Nakreslite bunky v stave turgoru, plazmolýzy a deplazmolýzy.

8. Aby ste dokázali, že plazmolýza a deplazmolýza sa vyskytujú iba v živých bunkách, vykonajte paralelne takýto experiment. Podržte jednu z častí cibuľovej epidermy v kvapke vody nad plameňom alkoholovej lampy, aby ste zabili bunky. Potom naneste roztok cukru a zistite, či dôjde k plazmolýze.

Opísaná skúsenosť vám umožňuje zoznámiť sa nielen s procesmi turgoru, plazmolýzy a deplazmolýzy, ale aj s procesom látok vstupujúcich do bunky (v tomto prípade molekuly cukru z roztoku).

Pri štúdiu javov plazmolýzy a deplazmolýzy v bunkách koreňov repy je postup rovnaký, ale namiesto roztoku cukru je lepšie použiť 5% roztok dusičnanu draselného.

Laboratórna práca č.3

Stanovenie transpirácie gravimetrickou metódou

Cvičenie: určiť množstvo vody odparenej rastlinou za určité časové obdobie pomocou gravimetrickej metódy.

Materiály a vybavenie: váhy, závažia, nožnice, riad, stojan, živé rastliny.

Operačný postup

1. Rúru v tvare U položte na stojan a nalejte do nej vodu. Z rastliny odrežte jeden list (alebo malú vetvičku s dvoma listami) a pomocou vatovej zátky ho zaistite v jednej nohe (vatová zátka by sa nemala dotýkať vody, inak sa cez ňu voda vyparí). Druhé koleno zatvorte gumovou alebo plastovou zátkou (ak nie je taká skúmavka, môžete si vziať jednoduchú skúmavku a naplniť povrch vody rastlinným olejom, aby ste zabránili odparovaniu).

2. Odvážte prístroj a zároveň malý kryštalizátor naplnený vodou. Umiestnite zariadenie a kryštalizátor na okno.

3. Po 1-2 hodinách znova odvážte. Hmotnosť v oboch prípadoch klesá, keď sa voda vyparuje.

Laboratórna práca č.4

Pozorovanie stomatálneho pohybu

Cvičenie: pozorovať pohyby prieduchov, vysvetliť dôvod pohybov prieduchov, načrtnúť prieduchy vo vode a v roztokoch 5 a
20%- ísť glycerín.

Cieľ práce: pozorovať stomatálne pohyby vo vode a v glycerolovom roztoku.

Materiály a vybavenie: glycerínové roztoky (5 a 20%), 1M roztok sacharózy, mikroskopy, sklíčka a krycie sklá, pitevné ihly, filtračný papier, fľaše, listy akýchkoľvek rastlín.

Operačný postup

1. Pripravte niekoľko častí spodnej epidermy listu a vložte ich na 2 hodiny do 5% roztoku glycerínu. Glycerol preniká do vakuol ochranných buniek, znižuje ich vodný potenciál a tým zvyšuje ich schopnosť absorbovať vodu. Rezy sa umiestnia na podložné sklíčko v rovnakom roztoku, zaznamená sa stav buniek a načrtnú sa.

2. Vymeňte glycerín za vodu a vytiahnite ho spod pohára filtračným papierom. V tomto prípade sa pozoruje otvorenie stomatálnych štrbín. Nakreslite drogu.

3. Vodu nahraďte silným osmotickým činidlom - 20% roztokom glycerínu alebo 1M roztokom sacharózy. Pozoruje sa uzavretie prieduchov.

4. Vyvodiť závery.

Laboratórna práca č.5

Produkty fotosyntézy

Cvičenie:študovať proces tvorby primárneho škrobu v listoch.

Materiály a vybavenie: alkoholové lampy, vodné kúpele, nožnice, elektrické sporáky, 200-300 W žiarovky, riad, živé rastliny (tekvica, fazuľa, pelargonium, prvosienka atď.), etylalkohol, roztok jódu v jodide draselnom.

Operačný postup

1. Škrobovým testom dokážte, že škrob vzniká pri fotosyntéze.

Dobre napojená rastlina by mala byť umiestnená na tmavom mieste na 2-3 dni. Počas tejto doby dôjde k odtoku asimilátov z listov. V tme nemôže vzniknúť nový škrob.

Ak chcete získať kontrast z procesu fotosyntézy, časť listu musí byť stmavená. Na tento účel môžete použiť fotonegatív alebo dve identické clony odolné voči svetlu, ktoré pripevníte na hornú a spodnú stranu. Obrázky na obrazovke (výstrižky) sa môžu veľmi líšiť.

Vo vzdialenosti 0,5 m od plechu je umiestnená žiarovka s výkonom 200 - 300 W. Po hodine alebo dvoch musí byť list spracovaný, ako je uvedené vyššie. Je vhodnejšie to urobiť na rovnej doske. Súčasne sa spracováva plech, ktorý zostal po celý čas tmavý.

Časti vystavené svetlu sa sfarbia do modra, zatiaľ čo ostatné sú žlté.

V lete môžete experiment upraviť - zakryte niekoľko listov na rastline a položte na ne vrecká čierneho nepriehľadného papiera s príslušnými výrezmi; po dvoch až troch dňoch, na konci slnečného dňa, odrežte listy, uvarte ich najprv vo vode a potom ich vybielte alkoholom a upravte ich roztokom jódu v jodide draselnom. Tmavé oblasti listov budú svetlé a osvetlené oblasti budú čierne.

V niektorých rastlinách (napríklad cibuľa) nie je primárnym produktom fotosyntézy škrob, ale cukor, takže škrobový test na ne nie je použiteľný.

2. Zapíšte si výsledky svojich pozorovaní.

Laboratórna práca č.6

Získavanie pigmentov z alkoholových extraktov listov
a ich rozdelenie

Cvičenie: získať alkoholový extrakt pigmentov, oddeliť ich a zoznámiť sa so základnými vlastnosťami pigmentov.

Materiály a vybavenie: nožnice, mažiare a paličky, stojany so skúmavkami, misky, liehové lampy, vodné kúpele, čerstvé alebo suché listy (žihľava, aspidistra, brečtan alebo iné rastliny), etylalkohol, benzín, 20% roztok NaOH (alebo KOH), suchá krieda , piesok.

Operačný postup

1. Suché listy rozdrvené nožnicami vložte do čistej mažiare, pridajte trochu kriedy na neutralizáciu kyselín bunkovej šťavy. Hmotu dôkladne rozdrvte paličkou, pridajte etylalkohol (100 cm 3), potom roztok prefiltrujte.

Výsledný extrakt chlorofylu má fluorescenciu: v prechádzajúcom svetle je zelený, v odraze je čerešňovočervený.

2. Pigmenty oddeľte Krausovou metódou.

Aby ste to urobili, musíte do skúmavky naliať 2-3 cm3 extraktu a pridať jeden a pol objemu benzínu a 2-3 kvapky vody; potom musíte skúmavku pretrepať a počkať, kým nebudú zreteľne viditeľné dve vrstvy - benzín hore, alkohol dole. Ak k oddeleniu nedôjde, pridajte viac benzínu a skúmavku znova pretrepte.

Ak sa objaví zákal, pridajte trochu alkoholu.

Keďže sa benzín v alkohole nerozpúšťa, končí na vrchu. Zelená farba vrchnej vrstvy naznačuje, že chlorofyl prešiel do benzínu. Okrem neho sa karotén rozpúšťa aj v benzíne. Nižšie v alkohole zostáva xantofyl. Spodná vrstva je žltá.

Po usadení roztoku sa vytvoria dve vrstvy. V dôsledku zmydelnenia chlorofylu dochádza k eliminácii alkoholov a vzniku sodnej soli chlorofylínu, ktorá sa na rozdiel od chlorofylu v benzíne nerozpúšťa.

Pre lepšie zmydelnenie je možné skúmavku s pridaným NaOH vložiť do vodného kúpeľa s vriacou vodou a hneď ako roztok zovrie. Potom sa pridá benzín. Karotén a xantofyl (farba bude žltá) prejdú do vrstvy benzínu (hore) a sodná soľ kyseliny chlorofylu do vrstvy alkoholu.

Laboratórna práca č.7

Detekcia dýchania rastlín

Cvičenie: dokážte, že CO 2 sa uvoľňuje, keď rastliny dýchajú, načrtnite zariadenie, ktoré pomáha odhaliť dýchanie uvoľňovaním CO 2, napíšte popisy ku kresbe.

Materiály a vybavenie: 2 sklenené nádoby s objemom 300-400 ml, 2 gumené skúmavky s otvormi pre lievik a skúmavku, 2 lieviky, 2 sklenené skúmavky zakrivené do tvaru písmena „P“ dlhé 18-20 cm a 4-5 mm v priemere 2 skúmavky, kadička, roztok Ba(OH)2, naklíčené semená pšenice, slnečnice, kukurice, hrachu atď.

Operačný postup

1. 50 – 60 g naklíčených semien nasypte do sklenenej nádoby, pevne ju uzavrite zátkou, do ktorej sa vloží lievik a zakrivená sklenená trubica a nechá sa počas tejto doby 1 – 1,5 hodiny v dôsledku dýchania zo semien sa v nádobe nahromadí oxid uhličitý. Je ťažší ako vzduch, preto sa koncentruje na dne plechovky a do atmosféry sa nedostane cez lievik alebo trubicu.

2. Súčasne vezmite kontrolný pohár bez semien, tiež ho uzavrite gumovou zátkou s lievikom a sklenenou trubičkou a postavte k prvému poháru.

3. Voľné konce sklenených skúmaviek sa spustí do dvoch skúmaviek s barytovou vodou. Do oboch pohárov začnú postupne nalievať vodu cez lieviky. Voda vytláča z plechoviek vzduch obohatený o CO2, ktorý vstupuje do skúmaviek s roztokom Ba(OH)2. V dôsledku toho sa barytová voda zakalí.

4. Porovnajte stupeň zákalu Ba(OH) 2 v oboch skúmavkách.

Laboratórna práca č.8

Stanovenie intenzity dýchania v pohároch Conway

Cvičenie: vykonajte experiment a vypočítajte intenzitu dýchania skúmaných objektov v závislosti od experimentálnych možností.

Materiály a vybavenie: Conwayove poháre, vazelína, byrety, stojany, filtračný papier, nožnice, váhy, závažia, činidlá: 0,1 N Ba(OH) 2 ; 0,1 N HCl, fenolftaleín, akékoľvek sadenice a dospelé rastliny alebo ich orgány.

Operačný postup

1. Conwayove poháre sa pred experimentom kalibrujú, musia mať rovnaký objem pre kontrolný a experimentálny variant. Každý experimentálny variant sa uskutočňuje trojmo.

2. Vzorka rastlinného materiálu s hmotnosťou 0,5-1,0 g sa rozloží do vonkajšieho kruhu Conwayovho pohára 1 alebo 2 ml 0,1 N Ba(OH) 2 sa naleje do vnútorného valca zabrúsené viečko (tak, aby sa na viečku objavil priehľadný obrys tenkej časti pohára) a umiestnite do tmy na 20 - 40 minút (aby sa vylúčila fotosyntéza v zelených rastlinných tkanivách). Počas expozície oxid uhličitý nahromadený v Conwayovej nádobe reaguje s hydroxidom bárnatým:

C02 + Ba(OH)2 = BaC03 + H20.

Prebytok Ba(OH)2 sa titruje 0,1 N HCl proti fenolftaleínu, kým ružové sfarbenie nezmizne.

3. Súčasne s experimentálnym položte kontrolný Conwayov pohár (bez vzorky). Naleje sa do nej rovnaký objem 0,1 N roztoku Ba(OH) 2, uzatvorí sa zabrúseným viečkom a nechá sa vedľa skúšobného pohára. Hydroxid bárnatý v tejto šálke reaguje s oxidom uhličitým, ktorý bol pôvodne obsiahnutý vo vzduchu vo svojom objeme. Prebytok barytu sa titruje.

4. Na základe rozdielu v objemoch roztoku kyseliny chlorovodíkovej použitého na titráciu nadbytku Ba(OH)2 v kontrolnej a experimentálnej miske sa vypočíta intenzita dýchania (I.D.):

Mg CO2 /(g∙h),

kde V HC1k je objem 0,1 N HC1 použitý na titráciu nadbytku Ba(OH)2 v kontrolnej nádobke; V HC1op - objem 0,1 N HC1, použitý na titráciu nadbytku Ba(OH) 2 v testovacej nádobke; R- hmotnosť vzorky, g;

t - čas, h; 2,2 je konverzný faktor HC1 na C02 (1 ml 0,1 N HC1 alebo Ba(OH)2 je ekvivalentný 2,2 mg CO2).

Laboratórna práca č.9

Význam rôznych prvkov pre rastliny

Cvičenie:študovať význam rôznych minerálnych prvkov pre rast huby Aspergillus.

Materiály a vybavenie: váhy, termostat, vatové zátky, filtre, päť 100 cm 3 baniek, skúmavky, pipeta, dva poháre, lievik, minerálne soli, sacharóza, organická kyselina (citrónová), kultúra huby Aspergillus pestovaná na kúskoch zemiakov alebo chleba 3-4 dni.

Operačný postup

1. Pestujte hubu pomocou živných zmesí.

Zistilo sa, že Aspergillus má približne rovnaké požiadavky na minerálnu výživu ako vyššie rastliny. Z minerálnych prvkov huba nepotrebuje len vápnik. Živné zmesi sa pripravia v 100 cm 3 bankách a zložia sa podľa špecifickej schémy (tabuľka 1).

Číslovanie baniek zodpovedá číslovaniu experimentálnych variantov. Výsledky experimentu sú uvedené nižšie.

stôl 1

Schéma prípravy výživových zmesí

Látky	Koncentrácia	Množstvo látky (v ml) v bankách
		č.1 - kompletná zmes	č.2 - bez N	č.3 - bez P	č.4 - bez K	č.5 - bez minerálov
Sacharóza Kyselina citrónová
výsledky Hmota mycélia, g

Kyselina citrónová sa pridáva na vytvorenie kyslého prostredia, ktoré je priaznivé pre aspergillus, ale inhibuje vývoj iných mikroorganizmov.

2. Nalejte sterilnú vodu do skúmavky alebo banky a vložte do nej hubové mycélium, odobraté sterilnou slučkou, premiešajte obsah otáčaním medzi prstami alebo dlaňami.

Napipetujte výslednú suspenziu do všetkých baniek pomocou sterilnej pipety.

Banky uzatvorte vatovými zátkami a vložte do termostatu pri teplote 30 – 35 °C. Pozorovanie sa uskutoční o týždeň.

Podstatou experimentu je, že stanovením hmotnosti hubového mycélia pestovaného na rôznych živných zmesiach je možné zistiť jeho potrebu jednotlivých prvkov.

3. Odvážte, na čo si vezmite dva čisté poháre, jeden lievik a niekoľko rovnakých papierových filtrov. Odvážte jednu kadičku (č. 1) s lievikom a prefiltrujte a zaznamenajte hmotnosť. Potom vložte lievik do ďalšieho pohára (č. 2), preneste hubové mycélium z prvej banky do filtra, opláchnite vodou a po stekaní vody preneste lievik späť do pohára č. 1. Znova odvážte. Je jasné, že výsledok bude väčší, keďže pribudlo mycélium húb.

Výchovno-metodická príručka

... - Balašov: Nikolaev, 2007. - 48 s. ISBN 978-5-94035-300-3 V výchovne-metodickývýhod metódy sú uvedené... fyziológierastliny: učebnica príspevok/ vyd. V. B. Ivanova. - Akadémia, 2001. - 144 s. Zanina, M. A. Fyziológiarastliny: výchovná metóda. príspevok ...

Tréningový a metodologický komplex

... Vzdelávacie-metodický komplexné Balašov... 'pocit', fyziológie z gréčtiny... školenia podštýl v vzdelávacie literatúru pre vzdelávacie metodologickévýhod... A rastliny A... 2005 mať ...

TEÓRIA A PRAX VEDECKEJ REČI Špeciálny kurz pre nehumanitné odbory na vysokých školách Vzdelávací a metodický komplex Balashov - 2008

Tréningový a metodologický komplex

... Vzdelávacie-metodický komplexné Balašov... 'pocit', fyziológie z gréčtiny... školenia podštýl v vzdelávacie literatúru pre vzdelávacie prevádzkarne rôznych typov, adresáre, metodologickévýhod... A rastliny A... 2005 G.). Toto sme ešte nerobili mať ...

Vzdelávací a metodický komplex (219)

Výchovno-metodická príručka

Vybavenie ( rastliny, zbierky... ichvzdelávacie ... fyziológie... G.Yu. Sľubné školské technológie: výchovne-metodickýpríspevok/G.Yu. Ksenzova. - M.: ... 288 S. 6. Balašov, M. Didaktická hra... - č.22. – 2005 . Pedagogika: učebnica. príspevok/ vyd. P....

Úvod 2

1.Základné fakty o stavbe bunkovej membrány 3

2. Všeobecné predstavy o priepustnosti 4

3. Prenos molekúl cez membránu 4

3.1. Difúzia 5

3.2 Fickova rovnica 6

3.3 Pasívna preprava 7

3.3.1 Rozdiely medzi uľahčenou a jednoduchou difúziou 8

4. Darcyho zákon 8

5. Aktívna doprava 9

6. Štruktúra a funkcie iónových kanálov 11

Záver 15

Referencie 17

ÚVOD

Membránový transport je transport látok cez bunkovú membránu do bunky alebo z bunky, uskutočňovaný rôznymi mechanizmami – jednoduchá difúzia, uľahčená difúzia a aktívny transport.

Najdôležitejšou vlastnosťou biologickej membrány je jej schopnosť prepúšťať rôzne látky do bunky a von z nej. To má veľký význam pre samoreguláciu a udržanie konštantného zloženia buniek. Táto funkcia bunkovej membrány sa vykonáva vďaka selektívnej permeabilite, t.j. schopnosť umožniť niektorým látkam prejsť a iným nie. Cez lipidovú dvojvrstvu najľahšie prechádzajú nepolárne molekuly s nízkou molekulovou hmotnosťou (kyslík, dusík, benzén). Malé polárne molekuly, ako je oxid uhličitý, oxid dusnatý, voda a močovina, prenikajú pomerne rýchlo cez lipidovú dvojvrstvu. Etanol a glycerol, ako aj steroidy a hormóny štítnej žľazy prechádzajú cez lipidovú dvojvrstvu značnou rýchlosťou. Pre väčšie polárne molekuly (glukóza, aminokyseliny), ako aj pre ióny je lipidová dvojvrstva prakticky nepriepustná, pretože jej vnútro je hydrofóbne. Pre vodu je teda koeficient priepustnosti (cm/s) asi 10-2, pre glycerol - 10-5, pre glukózu - 10-7 a pre jednomocné ióny - menej ako 10-10.

K prenosu veľkých polárnych molekúl a iónov dochádza v dôsledku kanálových proteínov alebo nosných proteínov. V bunkových membránach sú teda kanály pre ióny sodíka, draslíka a chlóru, v membránach mnohých buniek sú vodné kanály akvaporínu, ako aj nosné proteíny pre glukózu, rôzne skupiny aminokyselín a veľa iónov. Aktívna a pasívna doprava.

Membrány tvoria štruktúru bunky a vykonávajú jej funkcie. Narušenie funkcií bunkových a intracelulárnych membrán je základom nezvratného poškodenia buniek a v dôsledku toho rozvoja ťažkých ochorení kardiovaskulárneho, nervového a endokrinného systému.

1. Základné fakty o stavbe bunkovej membrány.

Bunkové membrány zahŕňajú plazmatickú membránu, karyolemu, membrány mitochondrií, ER, Golgiho aparát, lyzozómy a peroxizómy. Spoločným znakom všetkých bunkových membrán je, že ide o tenké (6-10 nm) vrstvy lipoproteínovej povahy (lipidy v komplexe s proteínmi). Hlavnými chemickými zložkami bunkových membrán sú lipidy (40 %) a proteíny (60 %); okrem toho sa v mnohých membránach našli sacharidy (5-10%).

Plazmatická membrána obklopuje každú bunku, určuje jej veľkosť a udržiava rozdiel medzi obsahom bunky a jej vonkajším prostredím. Membrána slúži ako vysoko selektívny filter a je zodpovedná za aktívny transport látok, čiže vstup živín do bunky a odstraňovanie škodlivých odpadových látok. Nakoniec, membrána je zodpovedná za vnímanie vonkajších signálov a umožňuje bunke reagovať na vonkajšie zmeny. Všetky biologické membrány sú zostavami lipidových a proteínových molekúl držaných pohromade nekovalentnými interakciami.

Základ každej molekulárnej membrány tvoria molekuly lipidov, ktoré tvoria dvojvrstvu. Lipidy zahŕňajú veľkú skupinu organických látok, ktoré sú zle rozpustné vo vode (hydrofóbnosť) a dobre rozpustné v organických rozpúšťadlách a tukoch (lipofilita). Zloženie lipidov v rôznych membránach nie je rovnaké. Plazmatická membrána je napríklad na rozdiel od membrán endoplazmatického retikula a mitochondrií obohatená o cholesterol. Typickými predstaviteľmi lipidov nachádzajúcich sa v bunkových membránach sú fosfolipidy (glycerofosfatidy), sfingomyelíny a steroidné lipidy – cholesterol.

Znakom lipidov je rozdelenie ich molekúl na dve funkčne odlišné časti: hydrofóbne nepolárne, bez náboja („chvosty“), pozostávajúce z mastných kyselín, a hydrofilné, nabité polárne „hlavy“. To určuje schopnosť lipidov spontánne vytvárať dvojvrstvové (bilipidové) membránové štruktúry s hrúbkou 5-7 nm.

Prvé experimenty, ktoré to potvrdili, sa uskutočnili v roku 1925.

Tvorba dvojvrstvy je špeciálna vlastnosť molekúl lipidov a vyskytuje sa aj mimo bunky. Najdôležitejšie vlastnosti dvojvrstvy: schopnosť samozostavovania - tekutosť - asymetria.

2. Všeobecné predstavy o priepustnosti.

Charakteristika membrán, cievnych stien a epitelových buniek, odrážajúca schopnosť viesť chemikálie; rozlišovať aktívny (aktívny transport látok) a pasívny P. (fagocytóza A pinocytóza ); pasívne a (v niektorých prípadoch) aktívne P. (veľké molekuly) poskytujú membránové póry P. pre nízkomolekulové látky (napríklad ióny) zabezpečujú špecifické membránové štruktúry za účasti molekúl nosiča;

3. Prenos molekúl cez membránu.

Pretože vnútro lipidovej vrstvy je hydrofóbne, predstavuje prakticky nepreniknuteľnú bariéru pre väčšinu polárnych molekúl. Vďaka prítomnosti tejto bariéry je zabránené úniku obsahu buniek, ale kvôli tomu bola bunka nútená vytvoriť špeciálne mechanizmy na transport látok rozpustných vo vode cez membránu. Prenos malých molekúl rozpustných vo vode sa uskutočňuje pomocou špeciálnych transportných proteínov. Ide o špeciálne transmembránové proteíny, z ktorých každý je zodpovedný za transport špecifických molekúl alebo skupín príbuzných molekúl.

Bunky majú tiež mechanizmy na transport makromolekúl (proteínov) a dokonca aj veľkých častíc cez membránu. Proces vychytávania makromolekúl bunkou sa nazýva endocytóza. Vo všeobecnosti je mechanizmus jej výskytu nasledovný: lokálne oblasti plazmatickej membrány sú invaginované a uzavreté, čím sa vytvorí endocytická vezikula, potom absorbovaná častica zvyčajne vstúpi do lyzozómov a podlieha degradácii.

3.1 Difúzia (lat. diffusio - šírenie, šírenie, dispergovanie) je proces prenosu hmoty alebo energie z oblasti s vysokou koncentráciou do oblasti s nízkou koncentráciou (proti koncentračnému gradientu). Najznámejším príkladom difúzie je miešanie plynov alebo kvapalín (ak sa atrament kvapne do vody, kvapalina sa po určitom čase rovnomerne zafarbí). Ďalší príklad zahŕňa tuhú látku: ak je jeden koniec tyče zahrievaný alebo elektricky nabitý, teplo (alebo zodpovedajúcim spôsobom elektrický prúd) sa šíri z horúcej (nabitej) časti do studenej (nenabitej) časti. V prípade kovovej tyče sa tepelná difúzia vyvíja rýchlo a prúd tečie takmer okamžite. Ak je tyč vyrobená zo syntetického materiálu, tepelná difúzia je pomalá a difúzia elektricky nabitých častíc je veľmi pomalá. Difúzia molekúl je vo všeobecnosti ešte pomalšia. Napríklad, ak sa kúsok cukru umiestni na dno pohára s vodou a voda sa nemieša, bude trvať niekoľko týždňov, kým sa roztok stane homogénnym. Difúzia jednej pevnej látky do druhej prebieha ešte pomalšie. Ak je meď napríklad potiahnutá zlatom, potom dôjde k difúzii zlata do medi, ale za normálnych podmienok (izbová teplota a atmosférický tlak) dosiahne zlatonosná vrstva hrúbku niekoľkých mikrometrov až po niekoľkých tisíckach rokov.

Všetky typy difúzie sa riadia rovnakými zákonmi. Rýchlosť difúzie je úmerná ploche prierezu vzorky, ako aj rozdielu koncentrácií, teplôt alebo nábojov (v prípade relatívne malých hodnôt týchto parametrov). Teplo sa teda bude šíriť štyrikrát rýchlejšie cez tyč s priemerom dva centimetre ako cez tyč s priemerom jedného centimetra. Toto teplo sa bude šíriť rýchlejšie, ak rozdiel teplôt na jednom centimetri je 10 °C namiesto 5 °C. Rýchlosť difúzie je tiež úmerná parametru charakterizujúcemu konkrétny materiál. V prípade tepelnej difúzie sa tento parameter nazýva tepelná vodivosť, v prípade toku elektrických nábojov sa nazýva elektrická vodivosť. Množstvo látky, ktoré difunduje za daný čas, a vzdialenosť, ktorú difundujúca látka prejde, sú úmerné druhej odmocnine času difúzie.

Difúzia je proces na molekulárnej úrovni a je určený náhodným charakterom pohybu jednotlivých molekúl. Rýchlosť difúzie je teda úmerná priemernej rýchlosti molekúl. V prípade plynov je priemerná rýchlosť malých molekúl väčšia, konkrétne je nepriamo úmerná druhej odmocnine hmotnosti molekuly a zvyšuje sa so zvyšujúcou sa teplotou. Difúzne procesy v pevných látkach pri vysokých teplotách často nachádzajú praktické uplatnenie. Napríklad niektoré typy katódových trubíc (CRT) používajú kovové tórium difundované cez kovový volfrám pri 2000 °C.

3.2 Fickova rovnica

Vo väčšine praktických prípadov sa namiesto chemického potenciálu použije koncentrácia C. Priame nahradenie µ za C sa v prípade vysokých koncentrácií stáva nesprávnym, pretože chemický potenciál súvisí s koncentráciou podľa logaritmického zákona. Ak takéto prípady neberieme do úvahy, vyššie uvedený vzorec možno nahradiť nasledujúcim:

čo ukazuje, že hustota toku látky J je úmerná difúznemu koeficientu D a koncentračnému gradientu. Táto rovnica vyjadruje prvý Fickov zákon (Adolph Fick je nemecký fyziológ, ktorý v roku 1855 stanovil zákony difúzie). Druhý Fickov zákon sa týka priestorových a časových zmien koncentrácie (difúzna rovnica):

Difúzny koeficient D závisí od teploty. V mnohých prípadoch v širokom rozsahu teplôt táto závislosť predstavuje Arrheniovu rovnicu.

Difúzne procesy majú v prírode veľký význam:

Výživa, dýchanie zvierat a rastlín;

Prenikanie kyslíka z krvi do ľudských tkanív.

3.3 Pasívna preprava

Pasívny transport je prenos látok z miest s vysokým elektrochemickým potenciálom do miest s nižšou hodnotou.

Pri pokusoch s umelými lipidovými dvojvrstvami sa zistilo, že čím je molekula menšia a čím menej vodíkových väzieb vytvára, tým rýchlejšie difunduje cez membránu. Takže čím je molekula menšia a čím je rozpustnejšia v tukoch (hydrofóbna alebo nepolárna), tým rýchlejšie prenikne cez membránu. Difúzia látok cez lipidovú dvojvrstvu je spôsobená koncentračným gradientom v membráne. Molekuly látok nerozpustných v lipidoch a vo vode rozpustné hydratované ióny (obklopené molekulami vody) prenikajú cez membránu cez lipidové a proteínové póry. Malé nepolárne molekuly sú ľahko rozpustné a rýchlo difundujú. Nenabité polárne molekuly s malými rozmermi sú tiež rozpustné a difúzne.

Je dôležité, aby voda veľmi rýchlo prenikla do lipidovej dvojvrstvy napriek tomu, že je relatívne nerozpustná v tukoch. Je to spôsobené tým, že jeho molekula je malá a elektricky neutrálna.

Osmóza je prednostný pohyb molekúl vody cez semipermeabilné membrány (nepriepustné pre rozpustenú látku a priepustné pre vodu) z miest s nižšou koncentráciou rozpustených látok do miest s vyššou koncentráciou. Osmóza je v podstate jednoduchá difúzia vody z miest s vyššou koncentráciou vody do miest s nižšou koncentráciou vody. Osmóza hrá veľkú úlohu v mnohých biologických javoch. Fenomén osmózy spôsobuje hemolýzu červených krviniek v hypotonických roztokoch.

Membrány teda môžu umožniť prechod vody a nepolárnych molekúl jednoduchou difúziou.

3.3.1 Rozdiely medzi zjednodušenou a jednoduchou difúziou:

1) prenos látky za účasti nosiča prebieha oveľa rýchlejšie;

2) uľahčená difúzia má vlastnosť saturácie: so zvyšujúcou sa koncentráciou na jednej strane membrány sa hustota toku látky zvyšuje len do určitej hranice, keď sú už obsadené všetky molekuly nosiča;

3) s uľahčenou difúziou sa pozoruje konkurencia medzi prepravovanými látkami v prípadoch, keď dopravca prepravuje rôzne látky; Navyše, niektoré látky sú lepšie tolerované ako iné a pridanie niektorých látok komplikuje transport iných; Medzi cukrami je teda glukóza lepšie tolerovaná ako fruktóza, fruktóza je lepšia ako xylóza a xylóza je lepšia ako arabinóza atď. atď.;

4) existujú látky, ktoré blokujú uľahčenú difúziu – tvoria silný komplex s molekulami nosiča, napríklad floridzin inhibuje transport cukrov cez biologickú membránu.

4. Darcyho zákon

Darcyho zákon (Henri Darcy, 1856) - zákon o filtrácii kvapalín a plynov v poréznom médiu. Získané experimentálne. Vyjadruje závislosť rýchlosti filtrácie tekutiny od tlakového gradientu:

kde: - rýchlosť filtrácie, K - koeficient filtrácie, - gradient tlaku. Darcyho zákon je spojený s niekoľkými systémami merania. Médium s priepustnosťou 1 Darcy (D) umožňuje prietok 1 cm³/s kvapaliny alebo plynu s viskozitou 1 cp (mPa s) pri tlakovom gradiente 1 atm/cm pôsobiaci na plochu 1 cm². 1 milidarcy (mD) sa rovná 0,001 Darcy.

V systéme merania SI sa 1 Darcy rovná 9,869233 × 10-13 m² alebo 0,9869233 µm². Táto konverzia je zvyčajne približne 1 µm². Je potrebné poznamenať, že toto číslo je prevrátené 1,013250 - prevodný faktor z atmosfér na bary.

Transport cez lipidovú dvojvrstvu (jednoduchá difúzia) a transport za účasti membránových proteínov

5. Aktívna doprava

Iné nosné proteíny (niekedy nazývané pump proteíny) transportujú látky cez membránu pomocou energie, ktorá je zvyčajne dodávaná hydrolýzou ATP. Tento typ transportu nastáva proti koncentračnému gradientu transportovanej látky a nazýva sa aktívny transport.

Simport, antiport a uniport

Membránový transport látok sa líši aj smerom ich pohybu a množstvom látok nesených daným nosičom:

1) Uniport - transport jednej látky jedným smerom v závislosti od gradientu

2) Symport - preprava dvoch látok jedným smerom cez jeden nosič.

3) Antiport - pohyb dvoch látok v rôznych smeroch cez jeden nosič.

Uniport vykonáva napríklad napäťovo riadený sodíkový kanál, cez ktorý sa sodíkové ióny presúvajú do bunky počas vytvárania akčného potenciálu.

Symport sa uskutočňuje pomocou transportéra glukózy umiestneného na vonkajšej strane (smerom k lúmenu čreva) črevných epitelových buniek. Tento proteín súčasne zachytáva molekulu glukózy a sodíkový ión a zmenou konformácie prenáša obe látky do bunky. Toto využíva energiu elektrochemického gradientu, ktorý sa zase vytvára v dôsledku hydrolýzy ATP sodno-draselnou ATPázou.

Antiport sa uskutočňuje napríklad sodno-draslíkovou ATPázou (alebo sodíkovo závislou ATPázou). Transportuje ióny draslíka do bunky. a z bunky - ióny sodíka.

Práca sodno-draselnej ATPázy ako príklad antiportu a aktívneho transportu

Spočiatku tento transportér pripojí tri Na+ ióny na vnútornú stranu membrány. Tieto ióny menia konformáciu aktívneho miesta ATPázy. Po takejto aktivácii je ATPáza schopná hydrolyzovať jednu molekulu ATP a fosfátový ión je fixovaný na povrchu transportéra na vnútornej strane membrány.

Uvoľnená energia sa vynakladá na zmenu konformácie ATPázy, po ktorej tri ióny Na + a ión (fosfát) skončia na vonkajšej strane membrány. Tu sa ióny Na + odštiepia a nahradia dvoma iónmi K +. Potom sa konformácia nosiča zmení na pôvodnú a ióny K + skončia na vnútornej strane membrány. Tu sa ióny K+ odštiepia a transportér je opäť pripravený na použitie.

Stručne povedané, pôsobenie ATPázy možno opísať takto:

1) „Vezme“ tri ióny Na + z vnútra bunky, potom rozdelí molekulu ATP a pridá k sebe fosfát

2) „Vyhodí“ ióny Na + a pripojí dva ióny K + z vonkajšieho prostredia.

3) Odpojí fosfát, čím sa do bunky uvoľnia dva ióny K+

V dôsledku toho sa v extracelulárnom prostredí vytvára vysoká koncentrácia iónov Na + a vo vnútri bunky sa vytvára vysoká koncentrácia iónov K +. Práca Na +, K + - ATPázy vytvára nielen koncentračný rozdiel, ale aj rozdiel náboja (funguje ako elektrogénna pumpa). Na vonkajšej strane membrány sa vytvára kladný náboj a vo vnútri záporný náboj.

6. Štruktúra a funkcie iónových kanálov.

Model excitabilnej membrány predpokladá regulovaný transport iónov draslíka a sodíka cez membránu. Priamy prechod iónu cez lipidovú dvojvrstvu je však veľmi ťažký, takže hustota toku iónov by bola veľmi nízka, ak by ión prechádzal priamo cez lipidovú fázu membrány. Toto a množstvo ďalších úvah dávalo dôvod domnievať sa, že membrána musí obsahovať nejaké špeciálne štruktúry – vodivé ióny.

Takéto štruktúry boli nájdené a nazývané iónové kanály. Podobné kanály boli izolované z rôznych objektov: plazmatická membrána buniek, postsynaptická membrána svalových buniek a iné objekty. Známe sú aj iónové kanály tvorené antibiotikami.

Základné vlastnosti iónových kanálov:

1) selektivita;

2) nezávislosť prevádzky jednotlivých kanálov;

3) diskrétna povaha vodivosti;

4) závislosť parametrov kanála od membránového potenciálu.

Pozrime sa na ne v poradí.

1. Selektivita je schopnosť iónových kanálov selektívne umožniť prechod iónov jedného typu.

Už pri prvých pokusoch na axóne chobotnice sa zistilo, že ióny sodíka a draslíka majú rozdielne účinky na membránový potenciál. Draselné ióny menia pokojový potenciál a sodné ióny menia akčný potenciál.

Merania ukázali, že iónové kanály majú absolútnu selektivitu voči katiónom (katiónovo selektívne kanály) alebo aniónom (aniónovo selektívne kanály). Súčasne môžu cez katiónovo selektívne kanály prechádzať rôzne katióny rôznych chemických prvkov, ale vodivosť membrány pre minoritný ión, a teda aj prúd cez ňu, bude výrazne nižšia, napríklad pre sodíkový kanál, prúd draslíka cez ňu bude 20-krát menší. Schopnosť iónového kanála prechádzať rôznymi iónmi sa nazýva relatívna selektivita a je charakterizovaná sériou selektivity - pomerom vodivosti kanála pre rôzne ióny odobraté pri rovnakej koncentrácii.

2. Nezávislosť prevádzky jednotlivých kanálov. Tok prúdu cez individuálny iónový kanál je nezávislý od toho, či prúd tečie cez iné kanály. Napríklad draslíkové kanály možno zapnúť alebo vypnúť, ale prúd cez sodíkové kanály sa nemení. Vplyv kanálov na seba sa vyskytuje nepriamo: zmena permeability niektorých kanálov (napríklad sodíka) mení membránový potenciál, čo už ovplyvňuje vodivosť iných iónových kanálov.

3. Diskrétny charakter vodivosti iónových kanálov. Iónové kanály sú podjednotkový komplex proteínov, ktoré preklenujú membránu. V jeho strede je trubica, cez ktorú môžu prechádzať ióny.

Počet iónových kanálov na 1 μm povrchu membrány bol stanovený pomocou rádioaktívne značeného blokátora sodíkových kanálov, tetrodotoxínu. Je známe, že jedna molekula TTX sa viaže len na jeden kanál. Potom meranie rádioaktivity vzorky so známou plochou umožnilo ukázať, že na 1 mikrón axónu chobotnice je asi 500 sodíkových kanálov. Prvýkrát to bolo objavené v roku 1962 pri štúdiách vodivosti lipidových dvojvrstvových membrán (BLM), keď sa do roztoku obklopujúceho membránu pridali mikromnožstvá určitej látky vyvolávajúcej excitáciu. Na BLM sa aplikovalo konštantné napätie a zaznamenával sa prúd. Prúd bol časom zaznamenaný vo forme skokov medzi dvoma vodivými stavmi.

Výsledky experimentov uskutočnených na rôznych iónových kanáloch ukázali, že vodivosť iónového kanála je diskrétna a môže byť v dvoch stavoch: otvorený alebo zatvorený. Prúdové rázy sú spôsobené súčasným otvorením 2 alebo 3 kanálov. Prechody medzi stavmi iónového kanála sa vyskytujú v náhodných časoch a riadia sa štatistickými zákonmi. Nedá sa povedať, že daný iónový kanál sa otvorí presne v tomto okamihu. Môžete urobiť iba vyhlásenie o pravdepodobnosti otvorenia kanála v určitom časovom intervale.

Iónové kanály sú opísané charakteristickou životnosťou otvoreného a uzavretého stavu.

4. Závislosť parametrov kanála od membránového potenciálu. Iónové kanály nervových vlákien sú citlivé na membránový potenciál, ako sú sodíkové a draselné kanály axónu chobotnice. To sa prejavuje v tom, že po začiatku depolarizácie membrány sa zodpovedajúce prúdy začnú meniť s jednou alebo druhou kinetikou. V jazyku „iónových kanálov“ tento proces prebieha nasledovne. Iónovo selektívny kanál má tzv

„senzor“ je určitým prvkom jeho konštrukcie, ktorý je citlivý na pôsobenie elektrického poľa (pozri obrázok). Keď sa membránový potenciál zmení, zmení sa veľkosť sily, ktorá naň pôsobí, v dôsledku toho sa táto časť iónového kanála pohybuje a mení pravdepodobnosť otvorenia alebo zatvorenia „brány“ - druhu tlmiča, ktorý funguje podľa „ všetko alebo nič“ zákon.

Štruktúra iónového kanála

Iónovo selektívny kanál pozostáva z nasledujúcich častí, proteínovej časti ponorenej do dvojvrstvy, ktorá má podjednotkovú štruktúru; selektívny filter tvorený záporne nabitými atómami kyslíka, ktoré sú pevne umiestnené v určitej vzdialenosti od seba a umožňujú prechod iónov s určitým priemerom; časť brány.

„Brána“ iónového kanála je riadená membránovým potenciálom a môže byť buď v uzavretom stave (prerušovaná čiara) alebo v otvorenom stave (plná čiara). Normálna poloha brány sodíkového kanála je zatvorená. Pod vplyvom elektrického poľa sa zvyšuje pravdepodobnosť otvoreného stavu, brána sa otvorí a tok hydratovaných iónov je schopný prejsť cez selektívny filter.

Ak sa ión „zmestí“ do priemeru, odhodí hydratačný obal a preskočí na druhú stranu iónového kanála. Ak má ión príliš veľký priemer, ako napríklad tetraetylamónium, nemôže prejsť cez filter a nemôže prejsť cez membránu. Ak je naopak ión príliš malý, potom má ťažkosti v selektívnom filtri, tentoraz spojené s ťažkosťami pri odstraňovaní jeho hydratačného obalu. Pre „vhodný“ ión je odhodená voda nahradená väzbami s atómami kyslíka umiestnenými vo filtri, pre „nevhodný“ ión je horšie stérické uloženie. Preto je preň ťažšie prejsť cez filter a vodivosť kanála je preň nižšia.

Blokátory iónových kanálov ním buď nemôžu prejsť, uviaznu vo filtri, alebo ak sú to veľké molekuly ako TTX, stericky sa zhodujú s niektorým vstupom do kanála. Keďže blokátory nesú kladný náboj, ich nabitá časť je vtiahnutá do kanála k selektívnemu filtru ako obyčajný katión a makromolekula ho upchá.

Zmeny v elektrických vlastnostiach excitovateľných biomembrán sa teda uskutočňujú pomocou iónových kanálov. Sú to proteínové makromolekuly, ktoré prenikajú cez lipidovú dvojvrstvu a môžu existovať v niekoľkých diskrétnych stavoch. Vlastnosti kanálov selektívnych pre ióny draslíka, sodíka a vápnika môžu rôzne závisieť od membránového potenciálu, ktorý určuje dynamiku akčného potenciálu v membráne, ako aj od rozdielov v týchto potenciáloch v membránach rôznych buniek.

Záver

Cez lipidovú dvojvrstvu môže prejsť akákoľvek molekula, ale rýchlosť pasívnej difúzie látok, t.j. Prechod látky z oblasti s vyššou koncentráciou do oblasti s nižšou koncentráciou môže byť veľmi odlišný. Niektorým molekulám to trvá tak dlho, že môžeme hovoriť o ich praktickej nepriepustnosti pre lipidovú dvojvrstvu membrány. Rýchlosť difúzie látok cez membránu závisí najmä od veľkosti molekúl a ich relatívnej rozpustnosti v tukoch.

Malé nepolárne molekuly ako O2, steroidy, hormóny štítnej žľazy a mastné kyseliny prechádzajú najjednoduchšie jednoduchou difúziou cez lipidovú membránu. Malé polárne nenabité molekuly - CO2, NH3, H2O, etanol, močovina - tiež difundujú dosť vysokou rýchlosťou. Difúzia glycerolu je oveľa pomalšia a glukóza prakticky nemôže sama prejsť cez membránu. Lipidová membrána je nepriepustná pre všetky nabité molekuly bez ohľadu na veľkosť.

Transport takýchto molekúl je možný vďaka prítomnosti buď proteínov v membránach, ktoré tvoria kanáliky (póry) v lipidovej vrstve naplnenej vodou, cez ktoré môžu jednoduchou difúziou prechádzať látky určitej veľkosti, alebo špecifických nosných proteínov, ktoré selektívne interagujúce s určitými ligandami, uľahčujú ich transport cez membránu (uľahčená difúzia).

Okrem pasívneho transportu látok obsahujú bunky proteíny, ktoré aktívne pumpujú určité látky rozpustené vo vode proti ich gradientu, t.j. z nižšej koncentrácie do oblasti s vyššou koncentráciou. Tento proces, nazývaný aktívny transport, sa vždy uskutočňuje pomocou nosných bielkovín a prebieha s výdajom energie.

Vonkajšia časť kanála je relatívne prístupná pre štúdium vnútornej časti. P. G. Kostyuk vyvinul metódu intracelulárnej dialýzy, ktorá umožňuje študovať funkciu vstupných a výstupných štruktúr iónových kanálov bez použitia mikroelektród. Ukázalo sa, že časť iónového kanála otvorená do extracelulárneho priestoru sa svojimi funkčnými vlastnosťami líši od časti kanála smerujúcej do vnútrobunkového prostredia.

Sú to iónové kanály, ktoré poskytujú dve dôležité vlastnosti membrány: selektivitu a vodivosť.

Selektivita alebo selektivita kanála je zabezpečená jeho špeciálnou proteínovou štruktúrou. Väčšina kanálov je riadená elektricky, to znamená, že ich schopnosť viesť ióny závisí od veľkosti membránového potenciálu. Kanál je heterogénny vo svojich funkčných charakteristikách, najmä s ohľadom na proteínové štruktúry umiestnené na vstupe do kanála a na jeho výstupe (tzv. hradlové mechanizmy).

Fickova rovnica

Znamienko „–“ ukazuje, že celková hustota toku látky počas difúzie smeruje k klesajúcej hustote, D je koeficient difúzie. Vzorec ukazuje, že hustota toku látky J je úmerná difúznemu koeficientu D a koncentračnému gradientu. Táto rovnica vyjadruje prvý Fickov zákon (Adolph Fick je nemecký fyziológ, ktorý v roku 1855 stanovil zákony difúzie).

Iónovo selektívny kanál pozostáva z nasledujúcich častí, proteínovej časti ponorenej do dvojvrstvy, ktorá má podjednotkovú štruktúru; selektívny filter tvorený záporne nabitými atómami kyslíka, ktoré sú pevne umiestnené v určitej vzdialenosti od seba a umožňujú prechod iónov s určitým priemerom; časť brány. Sú to iónové kanály, ktoré poskytujú dve dôležité vlastnosti membrány: selektivitu a vodivosť. Vápnikové kanály hrajú zásadnú úlohu v srdcových bunkách.

Bibliografia

2. Yu. I. Afanasyev, N. A. Yurina, E. F. Kotovsky a ďalší. M.

4. Filippovič Yu.B. Základy biochémie. M., Vyššia škola, 1985. Difúzia

5. Basniev K. S., Kochina N. I., Maksimov M. V. Podzemná hydromechanika. // M.: Nedra, 1993, s. 41-43

6. Gennis R. Biomembrány. Molekulárna štruktúra a funkcia. M., Mir, 1997