Laboratoriearbete fysiologiska egenskaper hos cellmembranet. Jämförelse av membranpermeabilitet för levande och döda celler. Litteratur för studenter

1. Cellmembran, deras typer. Membrans egenskaper. Funktioner av membran.

Morfologiska och fysiologiska studier har visat att cellmembranet spelar en viktig roll för cellens funktion.

Membranstrukturer: kärna, Golgi-komplex, ER, etc.

Membranär en tunn struktur med en tjocklek på 7 nm. När det gäller dess kemiska sammansättning innehåller membranet 25% proteiner, 25% fosfolipider, 13% kolesterol, 4% lipider, 3% kolhydrater.

Strukturellt sett Membranet är baserat på ett dubbelt skikt av fosfolipider. En egenskap hos fosfolipidmolekyler är att de har hydrofila och hydrofoba delar. De hydrofila delarna innehåller polära grupper (fosfatgrupper i fosfolipider och hydroxidgrupper i kolesteroler). Hydrofila delar riktad mot ytan. A hydrofob (fetta svansar) är riktade mot mitten av membranet.

Molekylen har två feta svansar, och dessa kolvätekedjor kan hittas i två konfigurationer. Långsträckt - trans-konfiguration(cylinder 0,48 nm). Den andra typen är gauche-trans-gauche-konfigurationen. I detta fall divergerar de två feta svansarna och området ökar till 0,58 nm.

Under normala förhållanden har lipidmolekyler en flytande kristallin form. Och i detta tillstånd har de rörlighet. Dessutom kan de både röra sig inom sitt lager och vända sig. När temperaturen sjunker övergår membranet från ett flytande tillstånd till ett geléliknande tillstånd, och detta minskar molekylens rörlighet.

När en lipidmolekyl rör sig bildas mikroremsor, som kallas kungar, i vilka ämnen kan fångas in. Lipidskiktet i membranet är en barriär för vattenlösliga ämnen, men låter lipidlösliga ämnen passera igenom..

Förutom lipider innehåller membranet även proteinmolekyler. Dessa är främst glykoproteiner.

Integrala proteiner passerar genom båda skikten. Övrig proteiner är delvis nedsänkta i antingen det yttre eller inre lagret. De kallas perifera proteiner.

Denna membranmodell kallas flytande kristallmodell. Funktionellt utför proteinmolekyler strukturella, transport- och enzymatiska funktioner. Dessutom bildar de jonkanaler som sträcker sig från 0,35 till 0,8 nm i diameter genom vilka joner kan passera. Kanaler har sin egen specialisering. Integrala proteiner är involverade i aktiv transport och underlättad diffusion.

Perifera proteiner på insidan av membranet kännetecknas av enzymatisk funktion. På insidan finns antigena (antikroppar) och receptorfunktioner.

Kolkedjor kan fästa på proteinmolekyler, och då bildas de glykoproteiner. Eller till lipider, då kallas de för glykolipider.

Huvud funktioner cellmembran kommer att vara:

1. Barriärfunktion

2. Passiv och aktiv överföring av ämnen.

3. Metabolisk funktion (på grund av närvaron av enzymsystem i dem)

4. Membran är involverade i skapandet av elektriska potentialer i vila, och när de exciteras, aktionsströmmar.

5. Receptorfunktion.

6. Immunologisk (associerad med närvaron av antigener och produktionen av antikroppar).

7. Ge intercellulär interaktion och kontakthämning.

När homogena celler kommer i kontakt hämmas celldelningen. Denna funktion går förlorad i cancerceller. Dessutom kommer cancerceller i kontakt inte bara med sina egna celler, utan också med andra celler och infekterar dem.

Funktion av membranpermeabilitet. Transport.

Transport av ämnen över membran kan vara passiv eller aktiv.

Passiv överföringämnen passerar genom membran utan energiförbrukning i närvaro av gradienter (skillnader i koncentrationer av ämnen, skillnader i den elektrokemiska gradienten, i närvaro av en tryckgradient och osmotisk gradient). I det här fallet utförs passiv transport med:

Diffusion.

Filtrering. Det utförs i närvaro av en skillnad i hydrostatiskt tryck.

Osmos. Under osmos rör sig lösningsmedlet. Det vill säga att vatten från en ren lösning kommer att flytta till en lösning med högre koncentration.

I alla dessa fall ingen energiförbrukning förekommer. Ämnen passerar genom porerna i membranet.

Det finns porer med långsam ledningsförmåga i membranet, men det finns inte många sådana porer i membranet. De flesta kanaler i membranet har också en grindmekanism i sin struktur som stänger kanalen. Dessa kanaler kan styras på två sätt: svara på förändringar i laddningen (elektriskt exciterbara eller spänningsstyrda kanaler). I ett annat fall öppnas porten i kanalen när en kemisk substans (kemoexciterbar eller ligandstyrd) fästs.

Aktiv överföringämnen över membranet är förknippade med transport av ämnen mot en gradient.

För aktiv transport används integrala proteiner som har enzymatiska funktioner. ATP används som energi. Integralproteiner har speciella mekanismer (proteiner) som aktiveras antingen när koncentrationen av ett ämne ökar utanför cellen, eller när den minskar inuti.

Stilla strömmar.

Membranpotential. Membranet är positivt laddat på utsidan och negativt laddat på insidan. 70-80 mV.

Felström är laddningsskillnaden mellan oskadad och skadad. Den skadade är negativt laddad, i förhållande till den intakta.

Metabolisk ström är skillnaden i potentialer på grund av den ojämna intensiteten hos metaboliska processer.

Ursprunget för membranpotentialen förklaras i termer av membranjonteori, som tar hänsyn till membranets ojämna permeabilitet för joner och den olika sammansättningen av joner i den intracellulära och intercellulära vätskan. Det har fastställts att både intracellulär och intercellulär vätska har samma antal positiva och negativa joner, men sammansättningen är olika. Extern vätska: Na + , Cl - Inre vätska: K + , A - (organiska anjoner)

I vila är membranet olika permeabelt för joner. Kalium har störst permeabilitet, följt av natrium och klor. Membran är inte permeabla för organiska anjoner.

På grund av ökad permeabilitet för kaliumjoner lämnar de cellen. Som ett resultat ackumuleras organiskt material inuti. anjoner. Resultatet är en potentialskillnad (kaliumdiffusionspotential) som fortsätter så länge den kan komma ut.

Den beräknade kaliumpotentialen är -90 mV. Och den praktiska potentialen är -70 mV. Detta tyder på att en annan jon också är inblandad i att skapa potentialen.

För att hålla tillbaka potentialen i membranet måste cellen fungera, eftersom förflyttning av kaliumjoner från cellen, och natriumjoner in i cellen, skulle leda till en kränkning av teckenlikhet. Membranen är polariserade. Laddningen på utsidan kommer att vara positiv och laddningen på utsidan kommer att vara negativ.

Tillståndet för membranets elektriska laddning.

Återföring eller överskjutning – ändrar laddningens tecken. Återgå till den ursprungliga laddningen - repolarisering.

Excitationsströmmar.

När en stimulans verkar på membranet uppstår kortvarig excitation. Excitationsprocessen är lokal och sprider sig längs membranet och depolariseras sedan. När excitationen rör sig depolariseras en ny sektion av membranet, etc. Aktionsströmmen är en tvåfasström.

I varje fas av aktionsströmmen kan ett lokalt svar urskiljas, som ersätts av en topppotential, och topppotentialen följs av en negativ och positiv spårpotential. Uppstår när den utsätts för en stimulans. För att förklara den aktuella åtgärden föreslogs det membran-mon teori(Hodgey, Huxley, Katz). Det visade de aktionspotentialen är större än vilopotentialen. När en stimulans verkar på membranet skiftar laddningen till membranet (partiell depolarisering) och detta orsakar att natriumkanaler öppnas. Natrium tränger in i cellen och minskar gradvis laddningen på membranet, men aktionspotentialen uppstår inte med någon åtgärd, utan endast med ett kritiskt värde (förändring med 20-30 mV) - kritisk depolarisering. I det här fallet öppnas nästan alla natriumkanaler och i det här fallet börjar natrium tränga in i cellen som en lavin. Fullständig depolarisering sker. Processen slutar inte här, utan fortsätter att gå in i cellen och laddas upp till +40. På toppen av topppotentialen stängs h-porten. Vid detta potentialvärde öppnas kaliumporten i membranet. Och eftersom Ka + är större inuti, börjar Ka + lämna cellen, och laddningen börjar återgå till sitt ursprungliga värde. Det går snabbt först och sedan saktar det ner. Detta fenomen kallas negativ svanspotential. Sedan återställs laddningen till sitt ursprungliga värde, och efter detta registreras en positiv spårpotential, kännetecknad av ökad permeabilitet för kalium. Ett tillstånd av membranhyperpolarisering uppstår (positiv spårpotential), rörelsen av joner sker passivt. Under en excitation kommer 20 000 natriumjoner in i cellen och 20 000 kaliumjoner lämnar cellen.

Pumpmekanismen är nödvändig för att återställa koncentrationen. 3 positiva natriumjoner förs in och 2 kaliumjoner kommer ut under aktiv transport.

Membranets excitabilitet förändras, och därför aktionspotentialen. Under det lokala svaret sker en gradvis ökning av excitation. Under toppresponsen försvinner excitationen.

Med en negativ spårpotential kommer excitabiliteten att öka igen, eftersom membranet återigen är delvis depolariserat. I fasen av positiv ljuspotential inträffar en minskning av excitabilitet. Under dessa förhållanden minskar excitabiliteten.

Den excitatoriska processens hastighet - labilitet. Ett mått på labilitet - antalet excitationer per tidsenhet. Nervfibrer reproducerar från 500 till 1000 impulser per sekund. Olika vävnader har olika labilitet.

2. Receptorer, deras klassificering: genom lokalisering (membran, nukleär), genom mekanismen för utveckling av processer (jono- och metabotropa), genom hastigheten för signalmottagning (snabb, långsam), av typen av receptorämnen.

Cellens mottagande av en signal från primära budbärare säkerställs av speciella receptorproteiner, för vilka primära budbärare är ligander. För att säkerställa receptorfunktionen måste proteinmolekyler uppfylla ett antal krav:

• har hög selektivitet för liganden;
• kinetiken för ligandbindning bör beskrivas med en mättnadskurva som motsvarar tillståndet för full beläggning av alla receptormolekyler, vars antal är begränsat på membranet;
• receptorer måste ha vävnadsspecificitet, vilket återspeglar närvaron eller frånvaron av dessa funktioner i målorganets celler;
• Bindningen av liganden och dess cellulära (fysiologiska) effekt måste vara reversibla, och affinitetsparametrarna måste motsvara de fysiologiska koncentrationerna av liganden.

Cellulära receptorer är indelade i följande klasser:

• membran
• receptortyrosinkinaser
• G-proteinkopplade receptorer
• jonkanaler
• cytoplasmisk
• kärn

Membranreceptorer känner igen stora (till exempel insulin) eller hydrofila (till exempel adrenalin) signalmolekyler som inte självständigt kan penetrera cellen. Små hydrofoba signalmolekyler (till exempel trijodtyronin, steroidhormoner, CO, NO) kan komma in i cellen på grund av diffusion. Receptorerna för sådana hormoner är vanligtvis lösliga cytoplasmatiska eller nukleära proteiner. Efter att liganden binder till receptorn, överförs information om denna händelse vidare längs kedjan och leder till bildandet av ett primärt och sekundärt cellulärt svar.

De två huvudklasserna av membranreceptorer är metabotropa receptorer och jonotropa receptorer.

Jonotropa receptorer är membrankanaler som öppnas eller stänger vid bindning till en ligand. De resulterande jonströmmarna orsakar förändringar i den transmembrana potentialskillnaden och, som ett resultat, cellexcitabilitet, och ändrar även intracellulära jonkoncentrationer, vilket sekundärt kan leda till aktivering av intracellulära mediatorsystem. En av de mest studerade jonotropa receptorerna är den n-kolinerga receptorn.

Struktur av ett G-protein som består av tre typer av enheter (heterotrimeriska) - αt/αi (blå), β (röd) och γ (grön)

Metabotropa receptorer är associerade med system av intracellulära budbärare. Förändringar i deras konformation vid bindning till en ligand leder till lanseringen av en kaskad av biokemiska reaktioner och, i slutändan, en förändring i cellens funktionella tillstånd. Huvudtyper av membranreceptorer:

Heterotrimera G-proteinkopplade receptorer (t.ex. vasopressinreceptor).

Receptorer med inneboende tyrosinkinasaktivitet (till exempel insulinreceptor eller epidermal tillväxtfaktorreceptor).

G-proteinkopplade receptorer är transmembranproteiner med 7 transmembrandomäner, en extracellulär N-terminal och en intracellulär C-terminal. Ligandbindningsstället är beläget på de extracellulära slingorna, G-proteinbindningsdomänen är belägen nära C-terminalen i cytoplasman.

Aktivering av receptorn gör att dess α-subenhet dissocierar från βγ-subenhetskomplexet och därmed aktiveras. Efter detta aktiverar den antingen eller, tvärtom, det enzym som producerar andra budbärare.

Receptorer med tyrosinkinasaktivitet fosforylerar efterföljande intracellulära proteiner, ofta även proteinkinaser, och överför på så sätt en signal in i cellen. Strukturellt är dessa transmembranproteiner med en membrandomän. Som regel homodimerer, vars underenheter är sammanlänkade av disulfidbryggor.

3. Jonotropa receptorer, metabotropa receptorer och deras varianter. System av sekundära budbärare för verkan av metabotropa receptorer (cAMP, c GMP, inositol-3-fosfat, diacylglycerol, Ca++ joner).

Receptorer för neurotransmittorer är placerade på membranen av neuroner eller målceller (muskel- eller körtelceller). Deras lokalisering kan vara på både postsynaptiska och presynaptiska membran. Så kallade autoreceptorer är ofta placerade på presynaptiska membran, som reglerar frisättningen av samma transmitter från den presynaptiska änden. Men det finns också heteroautoreceptorer som också reglerar frisättningen av en mediator, men i dessa receptorer regleras frisättningen av en mediator av en annan mediator eller neuromodulator.

De flesta receptorer är membranbundna oligomera proteiner som binder en ligand (neurotransmittor) med hög affinitet och hög selektivitet. Som ett resultat av denna interaktion utlöses en kaskad av intracellulära förändringar. Receptorer kännetecknas av affinitet för liganden, antal, mättnad och förmåga att dissociera receptor-ligandkomplexet. Vissa receptorer har isoformer som skiljer sig i sin affinitet för vissa ligander. Dessa isoformer kan hittas i samma vävnad.

Ligander är ämnen som selektivt interagerar med en given receptor. Om en farmakologisk substans aktiverar en given receptor är den en agonist för den, och om den minskar dess aktivitet är den en antagonist.

Bindning av en ligand till en receptor leder till en förändring i receptorns konformation, vilket antingen öppnar jonkanaler eller utlöser en kaskad av reaktioner som leder till förändringar i metabolismen.

Det finns jonotropa och metabotropa receptorer.

Jonotropa receptorer. På grund av bildandet av den postsynaptiska potentialen öppnas motsvarande jonkanal antingen omedelbart efter mediatorns verkan eller genom aktiveringen av G-proteinet. I detta fall bildar receptorn antingen en jonkanal själv eller är associerad med den. Efter att liganden fäster och receptorn är aktiverad, öppnas kanalen för motsvarande jon. Som ett resultat bildas en postsynaptisk potential på membranet. Jonotropa receptorer är ett sätt för snabb signalöverföring och bildning av PSP utan att förändra metaboliska processer i cellen.

Metabotropa receptorer. Detta är en mer komplex signalöverföringsväg. I detta fall, efter bindning av liganden till receptorn, aktiveras fosforylerings-defosforyleringskaskaden. Detta sker antingen direkt eller genom sekundära budbärare, till exempel genom tyrosinkinas, eller genom cAMP, eller cGMP, eller inositoltrifosfat, eller diacylglycerol, eller genom en ökning av intracellulärt kalcium, vilket i slutändan leder till aktivering av proteinkinaser. Fosforylering involverar oftast aktivering av cAMP-beroende eller diacylglycerolberoende proteinkinaser. Dessa effekter utvecklas långsammare och varar längre.

Receptorns affinitet för motsvarande signalsubstans kan förändras på samma sätt som för hormoner, till exempel på grund av allosteriska förändringar i receptorn eller andra mekanismer. Därför kallas nu receptorer för mobila och lätt föränderliga strukturer. Som en del av membranet kan receptorproteiner interagera med andra membranproteiner (den så kallade internaliseringen av receptorer). Neuromodulatorer, liksom neurotransmittorer, kan påverka antalet och känsligheten hos receptorer. Den långvariga närvaron av stora mängder av en neurotransmittor eller neuromodulator kan minska deras känslighet (nedreglering), och bristen på ligander kan öka deras känslighet (uppreglering).

4. Jonkanaler, deras struktur. Klassificering av jonkanaler. Natrium- och kaliumkanaler.

Struktur och funktioner hos jonkanaler. Na + , K + , Ca 2+ , Cl - joner tränger in i cellen och går ut genom speciella vätskefyllda kanaler. Storleken på kanalerna är ganska liten (diameter 0,5-0,7 nm). Beräkningar visar att den totala arean av kanalerna upptar en obetydlig del av cellmembranets yta.

Jonkanalernas funktion studeras på olika sätt. Den vanligaste är spänningsklämmetoden, eller "spänningsklämma" (Fig. 2.2). Kärnan i metoden är att med hjälp av speciella elektroniska system ändras membranpotentialen och fixeras på en viss nivå under experimentet. I detta fall mäts storleken på jonströmmen som flyter genom membranet. Om potentialskillnaden är konstant, är strömvärdet i enlighet med Ohms lag proportionellt mot jonkanalernas konduktivitet. Som svar på stegvis depolarisering öppnas vissa kanaler och motsvarande joner kommer in i cellen längs en elektrokemisk gradient, dvs en jonström uppstår som depolariserar cellen. Denna förändring detekteras av en kontrollförstärkare och en elektrisk ström passerar genom membranet, lika stor men motsatt i riktning mot membranjonströmmen. I detta fall förändras inte transmembranpotentialskillnaden. Den kombinerade användningen av spänningsklämma och specifika jonkanalblockerare ledde till upptäckten av olika typer av jonkanaler i cellmembranet.

För närvarande har många typer av kanaler för olika joner installerats (tabell 2.1). Vissa av dem är mycket specifika, medan andra, förutom huvudjonen, kan låta andra joner passera igenom.

Att studera funktionen hos enskilda kanaler är möjligt med metoden för lokal fixering av "bana-klämma" potentialen; ris. 2.3, A). En glasmikroelektrod (mikropipett) fylls med saltlösning, pressas mot membranets yta och ett lätt vakuum skapas. I detta fall sugs en del av membranet till mikroelektroden. Om det finns en jonkanal i sugzonen registreras aktiviteten för en enda kanal. Systemet för stimulering och registrering av kanalaktivitet skiljer sig lite från systemet för spänningsregistrering.

Tabell 2.1. De viktigaste jonkanalerna och jonströmmarna i exciterbara celler

Kanaltyp	Fungera		Kanalblockerare
Kalium (i vila)	Generering av vilopotential	IK+ (läckage)
Natrium	Generering av handlingspotential
Kalcium	Generering av långsamma potentialer		D-600, verapamil
Kalium (fördröjd uträtning)	Säkerställ repolarisering	IK+ (fördröjning)
Kaliumkalciumaktiverad	Begränsning av depolarisering orsakad av Ca 2+ ström

Notera. TEA - tetraetylammonium; TTX - tetrodotoxin.

Den yttre delen av kanalen är relativt tillgänglig för studier, att studera den inre delen ger betydande svårigheter. P. G. Kostyuk utvecklade en metod för intracellulär dialys, som gör det möjligt att studera funktionen hos ingångs- och utgångsstrukturerna hos jonkanaler utan användning av mikroelektroder. Det visade sig att den del av jonkanalen som är öppen mot det extracellulära utrymmet skiljer sig i sina funktionella egenskaper från den del av kanalen som vetter mot den intracellulära miljön.

Det är jonkanaler som ger två viktiga egenskaper hos membranet: selektivitet och konduktivitet.

Selektivitet eller selektivitet, kanal tillhandahålls av dess speciella proteinstruktur. De flesta kanaler är elektriskt styrda, det vill säga deras förmåga att leda joner beror på storleken på membranpotentialen. Kanalen är heterogen i sina funktionella egenskaper, särskilt med avseende på proteinstrukturerna som finns vid ingången till kanalen och vid dess utgång (de så kallade grindmekanismerna).

5. Begreppet excitabilitet. Parametrar för excitabilitet av det neuromuskulära systemet: tröskel för irritation (reobas), användbar tid (kronaxi). Beroende av styrkan av irritation på tidpunkten för dess verkan (Goorweg-Weiss kurva). Eldfasthet.

Upphetsning- en cells förmåga att svara på irritation genom att bilda en aktionspotential och en specifik reaktion.

1) lokal svarsfas - partiell depolarisering av membranet (inträde av Na+ i cellen). Om du applicerar en liten stimulans blir responsen starkare.

Lokal depolarisering är exaltationsfasen.

2) fas av absolut refraktäritet - egenskapen hos exciterbara vävnader att inte bilda AP under någon stimulansstyrka

3) fas av relativ eldfasthet.

4) långsam repolariseringsfas - irritation - återigen ett starkt svar

5) hyperpolariseringsfas - excitabiliteten är mindre (subnormal), stimulansen bör vara stor.

Funktionell labilitet- bedömning av vävnadsexcitabilitet genom maximalt möjliga antal PD per tidsenhet.

Excitationslagar:

1) kraftlagen - styrkan av stimulansen måste vara tröskel eller supratröskel (den minsta mängd kraft som orsakar excitation). Ju starkare stimulans, desto starkare excitation - endast för vävnadsassociationer (nervstam, muskel, undantag - SMC).

2) tidens lag - varaktigheten av den aktuella stimulansen måste vara tillräcklig för uppkomsten av excitation.

Det finns ett omvänt proportionellt förhållande mellan kraft och tid inom gränserna mellan minimal tid och minimal kraft. Minsta kraft är rheobase - en kraft som orsakar excitation och inte beror på varaktighet. Minsta tid är användbar tid. Kronaxi är excitabiliteten hos en viss vävnad; tiden då excitation inträffar är lika med två reobaser.

Ju större kraft, desto större respons upp till ett visst värde.

Faktorer som skapar MPP:

1) skillnad i koncentrationer av natrium och kalium

2) olika permeabilitet för natrium och kalium

3) drift av Na-K-pumpen (3 Na+ tas bort, 2 K+ returneras).

Förhållandet mellan stimulans styrka och varaktigheten av dess påverkan, nödvändig för att en levande struktur ska få ett minimalt svar, kan mycket tydligt spåras på den så kallade kraft-tidskurvan (Goorweg-Weiss-Lapik-kurvan) .

Av analysen av kurvan följer att, oavsett hur stor stimulans styrka är, om varaktigheten av dess inflytande är otillräcklig, kommer det inte att finnas något svar (punkten till vänster om hyperbelns stigande gren). Ett liknande fenomen observeras vid långvarig exponering för subtröskelstimuli. Minsta ström (eller spänning) som kan orsaka excitation kallas rheobase av Lapik (ordinata segment OA). Den kortaste tidsperioden under vilken en ström lika stark som två gånger reobasen orsakar excitation i vävnaden kallas kronaxi (abskisssegment OF), vilket är en indikator på tröskelvaraktigheten för irritation. Kronaxi mäts i δ (tusendelar av en sekund). Storleken på kronaxin kan användas för att bedöma hastigheten med vilken excitation sker i vävnaden: ju mindre kronaxin är, desto snabbare sker excitationen. Kronaxin för mänskliga nerv- och muskelfibrer är lika med tusendelar och tiotusendelar av en sekund, och kronaxin för så kallade långsamma vävnader, till exempel muskelfibrerna i en grodas mage, är hundradelar av en sekund.

Bestämningen av kronaxin av excitabla vävnader har blivit utbredd inte bara i experiment, utan också inom idrottsfysiologi och på kliniken. I synnerhet, genom att mäta muskelkronaxi, kan en neurolog fastställa förekomsten av motorisk nervskada. Det bör noteras att stimulansen kan vara ganska stark, ha en tröskelvaraktighet, men en låg ökningstakt i tiden till tröskelvärdet; i det här fallet sker ingen excitation. Anpassningen av exciterbar vävnad till en långsamt ökande stimulans kallas ackommodation. Boende beror på det faktum att under ökningen av stimulans styrka har aktiva förändringar tid att utvecklas i vävnaden, vilket ökar tröskeln för irritation och förhindrar utvecklingen av excitation. Således är ökningshastigheten av stimulering över tiden, eller gradienten av stimulering, väsentlig för uppkomsten av excitation.

Irritationsgradientens lag. En levande formations reaktion på en stimulans beror på gradienten av stimulering, d.v.s. på hur brådskande eller brant stimulansen ökar över tiden: ju högre gradienten av stimulans är, desto starkare (upp till vissa gränser) blir svaret av stimulansen. den upphetsande formationen.

Följaktligen återspeglar stimuleringslagarna det komplexa förhållandet mellan stimulansen och den exciterbara strukturen under deras interaktion. För att excitation ska inträffa måste stimulansen ha en tröskelstyrka, ha en tröskelvaraktighet och ha en viss ökningshastighet över tiden.

6. Jonpumpar (ATPaser):K+- Na+-evaya,Ca2+-eva (plasmolemma och sarkoplasmatiskt retikulum),H+- K+-växlare.

Enligt moderna koncept innehåller biologiska membran jonpumpar som arbetar med den fria energin från ATP-hydrolys - speciella system av integrerade proteiner (transport-ATPaser).

För närvarande är tre typer av elektrogena jonpumpar kända som aktivt transporterar joner genom membranet (fig. 13).

Överföringen av joner genom transport ATPaser sker på grund av kopplingen av överföringsprocesser med kemiska reaktioner, på grund av energin i cellmetabolismen.

När K+-Na+-ATPas fungerar överförs två kaliumjoner till cellen på grund av den energi som frigörs under hydrolysen av varje ATP-molekyl och tre natriumjoner pumpas samtidigt ut ur cellen. Detta skapar en ökad koncentration av kaliumjoner i cellen jämfört med den intercellulära miljön och en minskad koncentration av natrium, vilket är av stor fysiologisk betydelse.

Tecken på en "biopump":

1. Rörelse mot den elektrokemiska potentialgradienten.

2. flödet av materia är förknippat med hydrolysen av ATP (eller annan energikälla).

3. asymmetri hos transportfordonet.

4. Pumpen in vitro kan hydrolysera ATP endast i närvaro av de joner som den transporterar in vivo.

5. När pumpen är inbäddad i en konstgjord miljö kan den bibehålla selektiviteten.

Den molekylära mekanismen för drift av jon-ATPaser är inte helt klarlagd. Ändå kan huvudstadierna i denna komplexa enzymatiska process spåras. I fallet med K+-Na+-ATPas finns det sju stadier av jonöverföring associerade med ATP-hydrolys.

Diagrammet visar att nyckelstadierna i enzymet är:

1) bildning av ett enzymkomplex med ATP på den inre ytan av membranet (denna reaktion aktiveras av magnesiumjoner);

2) bindning av tre natriumjoner av komplexet;

3) fosforylering av enzymet med bildning av adenosindifosfat;

4) rotation (flip-flop) av enzymet inuti membranet;

5) reaktionen av jonbyte av natrium till kalium, som sker på membranets yttre yta;

6) omvänd rotation av enzymkomplexet med överföring av kaliumjoner in i cellen;

7) återgång av enzymet till sitt ursprungliga tillstånd med frisättning av kaliumjoner och oorganiskt fosfat (P).

Under en fullständig cykel frigörs således tre natriumjoner från cellen, cytoplasman berikas med två kaliumjoner och hydrolys av en ATP-molekyl sker.

7. Membranpotential, magnitud och ursprung.

Många teorier har föreslagits för att förklara ursprunget till biopotentialer. Den membranteorin som föreslagits av den tyske forskaren Bernstein (1902, 1912) var mest experimentellt underbyggd. I den moderna perioden har denna teori modifierats och utvecklats experimentellt av Hodgkin, Huxley, Katz (1949-1952).

Det har fastställts att grunden för bioelektriska fenomen är den ojämna fördelningen (asymmetri) av joner i cellens cytoplasma och dess miljö. Således innehåller protoplasman av nerv- och muskelceller 30-50 gånger fler kaliumjoner, 8-10 gånger mindre natriumjoner och 50 gånger mindre klorjoner än extracellulär vätska. Dessutom innehåller cellcytoplasman organiska anjoner (stora molekylära föreningar som bär en negativ laddning), som saknas i den extracellulära miljön.

Förespråkare av membranteorin tror att den främsta orsaken till jonasymmetri är närvaron av ett cellmembran med specifika egenskaper.

Cellmembranet är ett komprimerat lager av cytoplasma, vars tjocklek är cirka 10 nm (100 A). Användningen av elektronmikroskopiska forskningsmetoder gjorde det möjligt att bestämma membranets fina struktur (fig. 55). Cellmembranet består av ett dubbelt lager av fosfolipidmolekyler, som är täckt på insidan med ett lager av proteinmolekyler, och på utsidan med ett lager av komplexa kolhydratmolekyler - mukopolysackarider. Membranet har speciella kanaler - "porer", genom vilka vatten och joner tränger in i cellen. Det antas att det finns speciella kanaler för varje jon. I detta avseende kommer membranets permeabilitet för vissa joner att bero på storleken på porerna och diametrarna för själva jonerna.

I ett tillstånd av relativ fysiologisk vila har membranet ökad permeabilitet för kaliumjoner, medan dess permeabilitet för natriumjoner är kraftigt reducerad.

Således är egenskaperna hos cellmembranets permeabilitet, såväl som storleken på jonerna själva, en av anledningarna som säkerställer asymmetri i fördelningen av joner på båda sidor av cellmembranet. Jonasymmetri är en av huvudorsakerna till vilopotentialen, med den ledande rollen som den ojämna fördelningen av kaliumjoner.

Hodgkin utförde klassiska experiment på nervfiber från jättelik bläckfisk. Koncentrationen av kaliumjoner inuti fibern och i den omgivande vätskan utjämnades - vilopotentialen försvann. Om fibern fylldes med en konstgjord saltlösning, liknande till intracellulär vätska i sammansättning, etablerades en potentialskillnad mellan membranets inre och yttre sidor, ungefär lika med vilopotentialen för en normal fiber (50-80 mV).

Mekanismen genom vilken en aktionspotential uppstår är mycket mer komplex. Huvudrollen i förekomsten av aktionsströmmar tillhör natriumjoner. När det utsätts för en stimulans av tröskelstyrka ökar cellmembranets permeabilitet för natriumjoner 500 gånger och överstiger permeabiliteten för kaliumjoner med 10-20 gånger. I detta avseende rusar natrium in i cellen som en lavin, vilket leder till en uppladdning av cellmembranet. Den yttre ytan laddas negativt i förhållande till den inre. Depolarisering av cellmembranet sker, åtföljd av en omkastning av membranpotentialen. Membranpotentialomkastning hänvisar till antalet millivolt (mV) med vilket aktionspotentialen överstiger vilopotentialen. Återställande av den initiala nivån av membranpotential (repolarisering) utförs på grund av en kraftig minskning av natriumpermeabilitet (inaktivering) och aktiv överföring av natriumjoner från cellcytoplasman till miljön.

Bevis för hypotesen om natriumaktionspotential erhölls också av Hodgkin. I själva verket, om aktionspotentialen är natrium till sin natur, kan storleken på aktionspotentialen ändras genom att variera koncentrationen av natriumjoner. Det visade sig att när man ersätter 2/3 av havsvattnet, som är den normala miljön för jättebläckfiskaxonet, med en isoton dextroslösning, d.v.s. när natriumkoncentrationen i miljön ändras med 2/3, minskar aktionspotentialen med hälften.

Sålunda är uppkomsten av biopotentialer en funktion av ett biologiskt membran som har selektiv permeabilitet. Storleken på vilopotentialen och aktionspotentialen bestäms av jonisk asymmetri i cellmiljösystemet.

8. Elektriska fenomen i nerv- och muskelvävnader under spänning. Handlingspotential, dess storlek, faser och varaktighet. Förhållandet mellan aktionspotentialens faser och faserna av excitabilitet.

Vi har redan visat ovan att excitation i nerv- och muskelfibrer utförs med hjälp av elektriska impulser som fortplantar sig längs ytmembranet. Överföringen av excitation från nerv till muskel är baserad på en annan mekanism. Det utförs som ett resultat av frisättning av nervändar av högaktiva kemiska föreningar - förmedlare av nervimpulsen. Vid skelettmuskelsynapser är en sådan sändare acetylkolin (ACh).

Det finns tre huvudsakliga strukturella element i den neuromuskulära synapsen - presynaptiskt membran på nerven postsynaptisk membran på muskeln, mellan dem - synaptisk klyfta . Formen på synapsen kan varieras. I vila finns ACh i så kallade synaptiska vesiklar inuti nervfiberns ändplatta. Cytoplasman av fibern med synaptiska vesiklar som flyter i den separeras från den synaptiska klyftan av det presynaptiska membranet. När det presynaptiska membranet depolariseras ändras dess laddning och permeabilitet, vesiklarna kommer nära membranet och häller in i den synaptiska klyftan, vars bredd når 200-1000 ångström. Sändaren börjar diffundera genom gapet till det postsynaptiska membranet.

Det postsynaptiska membranet är inte elektrogent, men är mycket känsligt för transmittorn på grund av närvaron av så kallade kolinerga receptorer - biokemiska grupper som selektivt kan reagera med ACh. Den senare når det postsynaptiska membranet på 0,2-0,5 ms. (så kallade "synaptisk fördröjning") och, som interagerar med kolinerga receptorer, orsakar en förändring i membranets permeabilitet för Na, vilket leder till depolarisering av det postsynaptiska membranet och generering av en depolarisationsvåg på det, vilket kallas excitatorisk postsynaptisk potential, (EPSP), vars värde överstiger Ec för angränsande, elektrogena områden av muskelfibermembranet. Som ett resultat uppstår en aktionspotential (AP) i dem, som sprider sig över hela muskelfiberns yta och sedan orsakar dess sammandragning, vilket initierar den så kallade processen. elektromekanisk koppling (Capling). Sändaren i den synaptiska klyftan och på det postsynaptiska membranet fungerar under en mycket kort tid, eftersom den förstörs av enzymet kolinesteras, som förbereder synapsen för att ta emot en ny del av sändaren. Det har också visat sig att en del av den oreagerade ACh kan återvända till nervfibern.

Med mycket frekventa stimuleringsrytmer kan postsynaptiska potentialer summeras, eftersom kolinesteras inte har tid att helt bryta ner ACh som frigörs i nervändarna. Som ett resultat av denna summering blir det postsynaptiska membranet mer och mer depolariserat. I detta fall går de närliggande elektrogena områdena av muskelfibern in i ett tillstånd av depression som liknar det som utvecklas under långvarig verkan av en likströmskatod (Verigo katodisk depression).

Excitation i en vävnad manifesteras i utseendet av en funktion som är specifik för den (ledning av excitation av nervvävnad, muskelsammandragning, körtelsekretion) och ospecifika reaktioner (generering av en aktionspotential, metaboliska förändringar).

Aktionsström (PD och ECP) ​​är en elektrisk ström som uppstår i nerv-, muskel- och vissa växtceller mellan deras upphetsade och närliggande viloområden. Orsakas av förändringar i membranjonisk permeabilitet och potential som utvecklas i det exciterade området. Spelar en viktig roll i spridningen av aktionspotential längs cellen (fibern). En aktionspotential är en förskjutning i membranpotential som sker i vävnad under verkan av en tröskel- och övertröskelstimulus, som åtföljs av omladdning av cellmembranet.

När det utsätts för en tröskel- eller supratröskelstimulans förändras cellmembranets permeabilitet för joner i varierande grad. För Na-joner ökar den med 400-500 gånger, och gradienten ökar snabbt, för K-joner - med 10-15 gånger, och gradienten utvecklas långsamt. Som ett resultat flyttar Na-joner in i cellen, K-joner flyttar ut ur cellen, vilket leder till omladdning av cellmembranet. Den yttre ytan av membranet bär en negativ laddning, medan den inre ytan bär en positiv laddning. Noggranna mätningar visade att aktionspotentialens amplitud är 30-50 mV högre än vilopotentialen.

PD-faser. PD består av 2 faser:

1. Depolarisationsfas. Motsvarar en snabb förändring i membranpotential (membrandepolarisering) på cirka 110 mV. Membranpotentialen ändras från en vilonivå (ca -70 mV) till ett värde nära jämviktspotentialen - den potential vid vilken den inkommande strömmen får ett nollvärde (ENa + (ca 40 mV)).

2. Repolariseringsfas. Membranpotentialen når återigen vilonivån (membranet repolariseras), varefter hyperpolarisering sker till ett värde cirka 10 mV mindre (mer negativt) än vilopotentialen, d.v.s. ungefär -80 mV.

Varaktigheten av aktionspotentialen i nerv- och skelettmuskelfibrer varierar från 0,1 till 5 ms, och repolariseringsfasen är alltid längre än depolariseringsfasen.

Förhållandet mellan faserna av handlingspotential och excitabilitet. Nivån av cellexcitabilitet beror på AP-fasen. Under den lokala responsfasen ökar excitabiliteten. Denna fas av excitabilitet kallas latent addition. Under AP-repolariseringsfasen, när alla natriumkanaler öppnas och natriumjoner rusar in i cellen som en lavin, kan ingen stimulans, inte ens en mycket stark, stimulera denna process. Därför motsvarar depolarisationsfasen fasen av absolut refraktäritet. Under repolariseringsfasen stängs en ökande del av natriumkanalerna. De kan dock öppnas igen under påverkan av en suprathreshold-stimulans. Detta motsvarar fasen av relativ eldfasthet. Under spårdepolarisering är MP på en kritisk nivå, så även subtröskelstimuli kan orsaka cellexcitation. Följaktligen ökar hennes excitabilitet i detta ögonblick. Denna fas kallas den övernaturliga excitabilitetsfasen. Vid ögonblicket av spårhyperpolarisering är MP högre än den initiala nivån. Hon är i en fas av subnormal excitabilitet.

9. Skelettmuskulaturens struktur och deras innervation. Motorenhet. Fysiologiska egenskaper hos muskler, deras egenskaper hos en nyfödd.

Morfo-funktionell klassificering av muskler:

1. Korsrandig

a) skelett - flerkärniga celler, tvärstrimmiga, kärnorna är närmare sarkolemma. Vikt 40%.

b) hjärt - tvärstrimmiga, mononukleära celler, kärnan i mitten. Vikt 0,5%.

2. Släta - mononukleära celler, har inte tvärgående ränder. De är en del av andra organ. Totalvikt 5-10%.

Allmänna egenskaper hos muskler.

1) Excitabilitet. PP = -90mV. AP-amplitud = 120 mV - teckenomkastning +30 mV.

2) Konduktivitet - förmågan att leda PD över cellmembranet (3-5 m/s). Ger leverans av PD till T-tubuli och från dem till L-tubuli som frigör kalcium.

3) Kontraktilitet - förmågan att förkorta eller utveckla spänningar vid upphetsning.

4) Elasticitet - förmågan att återgå till sin ursprungliga längd.

Funktioner hos skelettmuskler:

1. Kroppens rörelse i rymden

2. Rörliga kroppsdelar i förhållande till varandra

3. Upprätthålla hållningen

4. Värmegenerering

5. Rörelse av blod och lymfa (dynamiskt arbete)

6. Deltagande i ventilation

7. Skydd av inre organ

8. Antistressfaktor

Nivåer av skelettmuskelorganisation:

Hela muskeln är omgiven av epimysium och närmas av blodkärl och nerver. Enskilda muskelknippen är täckta med perimysium. En bunt av celler (muskelfiber eller symplast) - täckt med endomysium. Cellen innehåller myofibriller från myofilament, huvudproteinerna - aktin, myosin, tropomyosin, troponin, kalcium ATPas, kreatinfosfokinas, strukturella proteiner.

I en muskel särskiljs motoriska enheter (motoriska, neuromotoriska enheter) - detta är en funktionell association av en motorneuron, dess axon och muskelfibrer som innerveras av denna axon. Dessa muskelfibrer kan finnas i olika delar (buntar) av muskeln.

En motorisk enhet (MU) är den funktionella enheten i skelettmuskulaturen. ME inkluderar en motorneuron och gruppen muskelfibrer som innerveras av den.

Typer av muskelfibrer:

1) långsamma fasiska fibrer av oxidativ typ

2) snabba fasiska fibrer av oxidativ typ (typ 2a)

3) snabba fasiska fibrer av glykolytisk typ (typ 2b)

4) toniska fibrer

Mekanismer för muskelkontraktion.

A) enkel muskelfiber

B) hel muskel

Skelettmuskulaturen har följande väsentliga egenskaper:

1) excitabilitet - förmågan att svara på en stimulans genom att ändra jonledningsförmåga och membranpotential. Under naturliga förhållanden är detta irriterande ämne signalsubstansen acetylkolin.

2) ledningsförmåga - förmågan att leda aktionspotentialen längs och djupt in i muskelfibern längs T-systemet;

3) kontraktilitet - förmågan att förkorta eller utveckla spänning när den är upphetsad;

4) elasticitet - förmågan att utveckla spänning när den sträcks.

10. Former för muskelkontraktion: isotoniska och isometriska. Absolut muskelstyrka. Åldersrelaterade förändringar i muskelstyrka.

Kontraktiliteten hos en skelettmuskel kännetecknas av den sammandragningskraft som muskeln utvecklar (vanligtvis bedömd övergripande styrka som en muskel kan utveckla, och absolut, kraften per 1 cm 2 av tvärsnittet), förkortningslängden, muskelfiberns spänningsgrad, förkortningshastigheten och utvecklingen av spänningen, avslappningshastigheten. Eftersom dessa parametrar till stor del bestäms av muskelfibrernas initiala längd och belastningen på muskeln, genomförs studier av muskelkontraktilitet i olika lägen.

Irritation av en muskelfiber av en enstaka tröskel eller supratröskelstimulus leder till uppkomsten av en enda sammandragning, som består av flera perioder (Fig. 2.23). Den första, den latenta perioden, är summan av tidsfördröjningar orsakade av exciteringen av muskelfibermembranet, utbredningen av PD genom T-systemet in i fibern, bildningen av inositoltrifosfat, en ökning av koncentrationen av intracellulärt kalcium och aktivering av tvärbroar. För grodansartoriusmuskeln är latensperioden cirka 2 ms.

Den andra är perioden av förkortning, eller utveckling av spänning. Vid fri förkortning av muskelfibern talar vi om isotoniskt kontraktionsläge, där spänningen praktiskt taget inte förändras, och bara längden på muskelfibern förändras. Om muskelfibern är fixerad på båda sidor och inte kan kortas fritt, så sägs den vara det isometriskt kontraktionsläge Strängt taget, med detta kontraktionssätt, förändras inte muskelfiberns längd, medan storleken på sarkomererna ändras på grund av att aktin- och myosinfilament glider i förhållande till varandra. I detta fall överförs den resulterande spänningen till elastiska element placerade inuti fibern. Korsbryggor av myosinfilament, aktinfilament, Z-plattor, longitudinellt belägna sarkoplasmatiska retikulum och muskelfibrernas sarkolemma har elastiska egenskaper.

I experiment på en isolerad muskel avslöjas sträckning av bindvävselementen i muskeln och senor, till vilken spänningen som utvecklas av de tvärgående broarna överförs.

I människokroppen förekommer inte isotonisk eller isometrisk sammandragning i isolerad form. Som regel åtföljs utvecklingen av spänning av en förkortning av muskellängden - auxotonisk modkontraktion

Den tredje är en period av avslappning, då koncentrationen av Ca 2+ joner minskar och myosinhuvudena kopplas bort från aktinfilamenten.

Man tror att för en enskild muskelfiber är spänningen som utvecklas av vilken sarkomer som helst lika med spänningen i vilken annan sarkomer som helst. Eftersom sarkomererna är seriekopplade är hastigheten med vilken en muskelfiber drar ihop sig proportionell mot antalet sarkomerer. Under en enstaka sammandragning är således hastigheten för förkortning av en lång muskelfiber högre än för en kortare. Mängden kraft som utvecklas av en muskelfiber är proportionell mot antalet myofibriller i fibern. Under muskelträning ökar antalet myofibriller, vilket är det morfologiska substratet för att öka kraften av muskelkontraktion. Samtidigt ökar antalet mitokondrier, vilket ökar muskelfiberns uthållighet under fysisk aktivitet.

I en isolerad muskel bestäms storleken och hastigheten på en enstaka sammandragning av ett antal ytterligare faktorer. Storleken på en enskild sammandragning kommer i första hand att bestämmas av antalet motoriska enheter som är involverade i sammandragningen. Eftersom muskler består av muskelfibrer med olika grad av excitabilitet finns det ett visst samband mellan stimulansens storlek och responsen. En ökning av kontraktionskraften är möjlig upp till en viss gräns, varefter kontraktionsamplituden förblir oförändrad när stimulusamplituden ökar. I detta fall deltar alla muskelfibrer som utgör muskeln i sammandragningen.

Vikten av att alla muskelfibrer deltar i kontraktionen visas när man studerar beroendet av förkortningshastigheten på belastningens storlek.

När en andra stimulans appliceras under perioden av förkortning eller utveckling av muskelspänning, sker summeringen av två på varandra följande sammandragningar och det resulterande svaret i amplitud blir signifikant högre än med en enda stimulus; Om en muskelfiber eller muskel stimuleras med en sådan frekvens att upprepade stimuli kommer att inträffa under perioden av förkortning eller utveckling av spänningar, så sker en fullständig summering av enstaka sammandragningar och utvecklas slät stelkramp (Fig. 2.25, B). Stelkramp är en stark och långvarig muskelkontraktion. Man tror att detta fenomen är baserat på en ökning av koncentrationen av kalcium inuti cellen, vilket gör att interaktionen mellan aktin och myosin och genereringen av muskelkraft genom tvärbryggor kan ske under tillräckligt lång tid. När stimuleringsfrekvensen minskar är det möjligt att en upprepad stimulans appliceras under en period av avslappning. I detta fall kommer även summering av muskelkontraktioner att ske, men en karakteristisk retraktion på muskelkontraktionskurvan kommer att observeras (fig. 2.25, D) - ofullständig summering, eller sågtandad stelkramp.

Vid stelkramp sker summering av muskelsammandragningar, medan muskelfibrernas aktionspotential inte summeras.

Under naturliga förhållanden förekommer inte enstaka sammandragningar av skelettmuskler. Tillägg förekommer, eller superposition, förkortningar av individuella neuromotoriska enheter. I detta fall kan sammandragningskraften öka både på grund av en förändring av antalet motoriska enheter som är involverade i sammandragningen och på grund av en förändring i frekvensen av impulser från motorneuroner. Om impulsfrekvensen ökar, kommer en summering av sammandragningar av enskilda motorenheter att observeras.

En av anledningarna till ökningen av sammandragningskraften under naturliga förhållanden är frekvensen av impulser som genereras av motorneuroner. Den andra anledningen till detta är en ökning av antalet exciterade motorneuroner och synkronisering av frekvensen av deras excitation. En ökning av antalet motorneuroner motsvarar en ökning av antalet motoriska enheter som är involverade i kontraktionen, och en ökning av graden av synkronisering av deras excitation bidrar till en ökning av amplituden under överlagringen av den maximala kontraktionen som utvecklas av varje motorenhet separat.

Sammandragningskraften hos en isolerad skelettmuskel, allt annat lika, beror på muskelns initiala längd. Måttlig sträckning av en muskel leder till att kraften den utvecklar ökar jämfört med kraften som utvecklas av en osträckt muskel. Det finns en summering av passiv spänning, orsakad av närvaron av elastiska komponenter i muskeln, och aktiv kontraktion. Den maximala kontraktila kraften uppnås när sarkomerstorleken är 2-2,2 µm (Fig. 2.26). En ökning av sarkomerlängden leder till en minskning av sammandragningskraften, eftersom området med ömsesidig överlappning av aktin- och myosinfilament minskar. Med en sarkomerlängd på 2,9 µm kan muskeln utveckla en kraft som är lika med endast 50 % av den maximalt möjliga.

Under naturliga förhållanden ökar sammandragningskraften av skelettmusklerna vid sträckning, till exempel under massage, på grund av gamma-efferenternas arbete.

Absolut muskelstyrka är förhållandet mellan den maximala muskelstyrkan och dess fysiologiska diameter, d.v.s. den maximala belastningen som en muskel kan lyfta dividerat med den totala arean av alla muskelfibrer. Sammandragningskraften förblir inte konstant under hela livet. Som ett resultat av långvarig aktivitet minskar skelettmusklernas prestanda. Detta fenomen kallas trötthet. Samtidigt minskar sammandragningskraften, den latenta sammandragningsperioden och avslappningsperioden ökar.

11. Enstaka muskelsammandragningar, dess faser. Faser av förändringar i muskelexcitabilitet. Funktioner av en enda sammandragning hos nyfödda.

Stimulering av en muskel eller motornerven som innerverar den med en enda stimulans orsakar en enda sammandragning av muskeln. Den särskiljer två huvudfaser: sammandragningsfasen och avslappningsfasen. Sammandragning av muskelfibern börjar redan under den stigande grenen av aktionspotentialen. Sammandragningens varaktighet vid varje punkt av muskelfibern är tiotals gånger längre än varaktigheten av AP. Därför kommer det ett ögonblick då AP har passerat längs hela fibern och har tagit slut, men sammandragningsvågen har uppslukat hela fibern och den fortsätter att förkortas. Detta motsvarar ögonblicket för maximal förkortning eller spänning av muskelfibern.

Sammandragningen av varje enskild muskelfiber under enstaka sammandragningar följer lagen " allt eller inget". Detta innebär att kontraktionen som sker under både tröskel- och supertröskelstimulering har en maximal amplitud. Storleken på en enstaka sammandragning av hela muskeln beror på styrkan i stimuleringen. Med tröskelstimulering märks dess kontraktion knappt, men med ökad stimuleringsstyrka ökar, tills den når en viss höjd, varefter den förblir oförändrad (maximal sammandragning). Detta förklaras av det faktum att excitabiliteten hos individuella muskelfibrer inte är densamma, och därför är endast en del av dem exciterade med svag stimulering Med maximal sammandragning är de alla exciterade. Hastigheten på muskelkontraktionsvågen är densamma med utbredningshastigheten för aktionskraften I biceps brachii-muskeln är den 3,5-5,0 m/sek.

Enkel kontraktion - minskning med en stimulans. Den är uppdelad i en latent period, en sammandragningsfas och en avslappningsfas. Vid ögonblicket för den latenta perioden inträffar den refraktära fasen. Men redan i början av förkortningsfasen är den återställd.

12. Summering av muskelsammandragningar. Tetaniska sammandragningar.

Om i ett experiment två starka enkelstimuleringar verkar på en enda muskelfiber eller hela muskeln i snabb följd, kommer den resulterande kontraktionen att ha en större amplitud än den maximala enstaka kontraktionen. De kontraktila effekterna som orsakas av den första och andra stimuleringen tycks läggas till. Detta fenomen kallas summering av sammandragningar. För att summering ska ske är det nödvändigt att intervallet mellan irritationer har en viss varaktighet - det måste vara längre än den refraktära perioden, men kortare än hela varaktigheten av en enstaka sammandragning, så att den andra irritationen påverkar muskeln innan den hinner att koppla av. I det här fallet är två fall möjliga. Om den andra stimulansen kommer när muskeln redan har börjat slappna av, på den myografiska kurvan kommer spetsen av den andra kontraktionen att separeras från den första genom en retraktion. Om den andra stimuleringen verkar när den första kontraktionen ännu inte har nått sin topp, tycks den andra kontraktionen smälta samman med den första och tillsammans med den bilda en enda summerad topp. För både fullständig och ofullständig summering summeras inte PDs. Denna summerade sammandragning som svar på rytmisk stimulering kallas stelkramp. Beroende på frekvensen av irritation kan den vara taggig eller slät.

Anledningen till summeringen av sammandragningar vid stelkramp ligger i ackumuleringen av Ca++-joner i det interfibrillära utrymmet till en koncentration av 5*10 6 mmol/l. Efter att ha nått detta värde leder ytterligare ackumulering av Ca++ inte till en ökning av stelkrampsamplituden.

Efter upphörandet av tetanisk stimulering slappnar fibrerna inte helt av först, och deras ursprungliga längd återställs först efter en tid. Detta fenomen kallas post-tetanisk eller restkontraktur. Det är relaterat till det. att det tar längre tid att ta bort allt Ca++ från det interfibrillära utrymmet som kommit dit under rytmiska stimuli och inte hunnit avlägsnas helt och hållet in i cisternerna i det sarkoplasmatiska retikulumet av Ca-pumparnas arbete.

Om, efter att ha uppnått jämn stelkramp, frekvensen av stimulering ökas ännu mer, börjar muskeln vid en viss frekvens plötsligt att slappna av. Detta fenomen kallas pessimum . Det inträffar när varje efterföljande impuls faller i refraktäritet från den föregående.

13. Ultrastruktur av myofibriller. Kontraktila proteiner (aktin, myosin). Regulatoriska proteiner (troponin, tropomyosin) i sammansättningen av tunna protofibriller. Teorin om muskelkontraktion.

Myofibriller är muskelfibrernas kontraktila apparat. I tvärstrimmiga muskelfibrer är myofibriller uppdelade i regelbundet alternerande sektioner (skivor) som har olika optiska egenskaper. Vissa av dessa områden är anisotropa, dvs. är dubbelbrytande. I normalt ljus verkar de mörka, men i polariserat ljus verkar de genomskinliga i längdriktningen och ogenomskinliga i tvärriktningen. Andra områden är isotropa och verkar genomskinliga i normalt ljus. Anisotropa områden betecknas med bokstaven A, isotropisk - jag. Det finns en ljus rand i mitten av skiva A N, och i mitten av disk I finns en mörk rand Z, som är ett tunt tvärgående membran genom vars porer myofibriller passerar. På grund av närvaron av en sådan stödstruktur, rör sig inte de parallella ensiffriga skivorna av individuella myofibriller inom en fiber i förhållande till varandra under sammandragningen.

Det har konstaterats att var och en av myofibrillerna har en diameter på cirka 1 μm och består av i genomsnitt 2500 protofibriller, som är långsträckta polymeriserade molekyler av myosin- och aktinproteiner. Myosinfilament (protofibriller) är dubbelt så tjocka som aktinfilament. Deras diameter är cirka 100 ångström. I muskelfiberns vilotillstånd är filamenten placerade i myofibrillen på ett sådant sätt att tunna långa aktinfilament kommer in i sina ändar i mellanrummen mellan tjocka och kortare myosinfilament. I en sådan sektion är varje tjock tråd omgiven av 6 tunna. På grund av detta består skivor I endast av aktinfilament, och skivor A består också av myosinfilament. Den ljusa randen H representerar en zon fri från aktinfilament under viloperioden. Membran Z, som passerar genom mitten av skiva I, håller samman aktinfilament.

En viktig komponent i den ultramikroskopiska strukturen av myofibriller är också många korsbryggor på myosin. Aktinfilament har i sin tur så kallade aktiva centra, som i vila täcks, som ett täcke, av speciella proteiner - troponin och tropomyosin. Sammandragning är baserad på processen att glida av aktinfilament i förhållande till myosinfilament. Denna glidning orsakas av arbetet med den så kallade. "kemisk utrustning", d.v.s. periodiskt förekommande cykler av förändringar i tillståndet för korsbryggor och deras interaktion med aktiva centra på aktin. ATP- och Ca+-joner spelar en viktig roll i dessa processer.

När en muskelfiber drar ihop sig förkortas inte aktin- och myosinfilamenten utan börjar glida över varandra: aktinfilamenten rör sig mellan myosinfilamenten, vilket gör att längden på I-skivorna förkortas och A-skivorna. behålla sin storlek och flytta sig närmare varandra. H-remsan försvinner nästan pga ändarna av aktin berör och till och med överlappar varandra.

14. Samband mellan excitation och kontraktion (elektromekanisk koppling) i muskelfibrer. Kalciumjonernas roll. Funktionen hos det sarkoplasmatiska retikulum.

I skelettmuskulaturen under naturliga förhållanden är initiatorn till muskelkontraktion aktionspotentialen, som vid excitation fortplantar sig längs muskelfiberns ytmembran.

Om spetsen av mikroelektroden appliceras på ytan av muskelfibern i området av membranet Z, då när en mycket svag elektrisk stimulans appliceras som orsakar depolarisering, kommer skivor I på båda sidor av stimuleringsplatsen att börja förkortas. i detta fall sprider sig excitationen djupt in i fibern, längs membranet Z. Irritation av andra delar av membranet orsakar inte en sådan effekt. Det följer av detta att depolarisering av ytmembranet i området för skiva I under AP-utbredning är den utlösande mekanismen för den kontraktila processen.

Ytterligare studier visade att en viktig mellanliggande länk mellan membrandepolarisering och början av muskelkontraktion är penetrationen av fria CA++-joner i det interfibrillära utrymmet. I vila lagras majoriteten av Ca++ i muskelfiber i det sarkoplasmatiska retikulumet.

I mekanismen för muskelkontraktion spelas en speciell roll av den del av retikulum som är lokaliserad i regionen av membranet Z. Elektronmikroskopi avslöjar det så kallade retikulumet. triad (T-system), som var och en består av ett tunt tvärgående rör centralt beläget i området av membranet Z, som löper tvärs över fibern, och två laterala cisterner av det sarkoplasmatiska retikulumet, som innehåller bundet Ca++. PD, som sprider sig längs ytmembranet, bärs djupt in i fibern längs triadernas tvärgående rör. Sedan överförs excitationen till cisternerna, depolariserar deras membran och det blir permeabelt för CA++.

Det har experimentellt fastställts att det finns en viss kritisk koncentration av fria Ca++-joner vid vilken kontraktion av myofibriller börjar. Det är lika med 0,2-1,5 * 10^ joner per fiber. En ökning av Ca++-koncentrationen till 5*106 orsakar redan en maximal kontraktion.

Början av muskelsammandragning är begränsad till den första tredjedelen av den uppåtgående delen av AP, när dess värde når cirka 50 mV. Man tror att det är vid denna depolariseringsgrad som Ca++-koncentrationen blir tröskeln för uppkomsten av interaktion mellan aktin och myosin.

Processen för Ca++-frisättning stoppar efter slutet av AP-toppen. Trots det fortsätter sammandragningen att öka tills mekanismen som säkerställer återföringen av Ca++ till retikulumcisternerna kommer in i bilden. Denna mekanism kallas "kalciumpumpen". För att utföra sitt arbete används energin som erhålls från nedbrytningen av ATP.

I det interfibrillära utrymmet interagerar Ca++ med proteiner som täcker de aktiva centran av aktinfilament - troponin och tropomyosin, vilket ger möjlighet till reaktion av myosin över broar och aktinfilament.

Således är händelseförloppet som leder till sammandragning och sedan avslappning av muskelfibern för närvarande avbildat enligt följande:

15. Trötthet under muskelarbete. Orsaker till trötthet. Begreppet aktiv rekreation.

Trötthet är en tillfällig minskning av prestationsförmågan hos en cell, ett organ eller en hel organism som uppstår som ett resultat av arbete och försvinner efter vila.

Om du irriterar en isolerad muskel under lång tid med rytmiska elektriska stimuli, till vilka en liten belastning är upphängd, minskar amplituden av dess sammandragningar gradvis tills den sjunker till noll. En utmattningskurva registreras. Tillsammans med en förändring av sammandragningsamplituden under trötthet ökar den latenta sammandragningsperioden, perioden för muskelavslappning förlängs och irritationströskeln ökar, d.v.s. retbarheten minskar. Alla dessa förändringar inträffar inte omedelbart efter arbetets början; det finns en viss period under vilken det finns en ökning av amplituden av sammandragningar och en liten ökning av muskelexcitabilitet. Samtidigt blir den lätt töjbar. I sådana fall säger de att muskeln är "inarbetad", dvs. anpassar sig till arbetet i en given rytm och styrka av irritation. Efter en period av funktionsduglighet börjar en period med stabil prestation. Vid ytterligare långvarig irritation uppstår muskelfibertrötthet.

Minskningen av prestationsförmågan hos en muskel isolerad från kroppen under långvarig irritation beror på två huvudorsaker. Den första av dem är att under sammandragningar ackumuleras ämnesomsättningsprodukter i muskeln (fosforsyra, Ca++ bindning, mjölksyra etc.), vilket har en deprimerande effekt på muskelprestationen. Vissa av dessa produkter, liksom Ca-joner, diffunderar från fibrerna ut i det pericellulära utrymmet och har en undertryckande effekt på det exciterbara membranets förmåga att generera AP. Så om en isolerad muskel placerad i en liten volym av Ringers vätska bringas till en punkt av fullständig trötthet, räcker det bara att byta lösningen som tvättar den för att återställa muskelsammandragningar.

En annan orsak till utvecklingen av trötthet i en isolerad muskel är den gradvisa utarmningen av dess energireserver. Med långvarigt arbete minskar glykogenhalten i muskeln kraftigt, vilket resulterar i att processerna för återsyntes av ATP och CP som är nödvändiga för sammandragning störs.

Det bör noteras att under de naturliga förhållandena för organismens existens utvecklas trötthet i motorsystemet under långvarigt arbete helt annorlunda än i ett experiment med en isolerad muskel. Detta beror inte bara på det faktum att muskeln kontinuerligt tillförs blod i kroppen och därför får de nödvändiga näringsämnena med sig och befrias från metaboliska produkter. Den största skillnaden är att i kroppen kommer spännande impulser till muskeln från nerven. Den neuromuskulära synapsen blir trött mycket tidigare än muskelfibern, på grund av den snabba utarmningen av de ackumulerade signalsubstansreserverna. Detta orsakar en blockad av överföringen av excitationer från nerven till muskeln, vilket skyddar muskeln från utmattning orsakad av långvarigt arbete. I hela organismen blir nervcentra (nerv-nervösa kontakter) trötta ännu tidigare under arbetet.

Nervsystemets roll i utmattningen av hela organismen bevisas genom studier av trötthet vid hypnos (viktkorg), vilket fastställer inflytandet av "aktiv vila" på trötthet, det sympatiska nervsystemets roll (Orbeli-Ginetzinsky-fenomenet ), etc.

Ergografi används för att studera muskeltrötthet hos människor. Formen på utmattningskurvan och mängden arbete som utförs varierar extremt mellan olika individer och till och med mellan samma ämne under olika förhållanden.

16. Fysiologiska egenskaper hos glatta muskler. Plastton av glatta muskler.

En viktig egenskap hos glatt muskulatur är dess stora plast , de där. förmågan att bibehålla den längd som ges genom sträckning utan att ändra spänningen. Skelettmuskulaturen, tvärtom, förkortas omedelbart efter att belastningen har tagits bort. Den glatta muskeln förblir sträckt tills dess aktiva sammandragning inträffar under påverkan av viss irritation. Egenskapen av plasticitet är av stor betydelse för den normala funktionen av ihåliga organ - tack vare det ändras trycket inuti ett ihåligt organ relativt lite med olika grader av dess fyllning.

Det finns olika typer av glatta muskler. I väggarna i de flesta ihåliga organ finns muskelfibrer med en längd av 50-200 mikron och en diameter på 4-8 mikron, som ligger mycket nära varandra, och därför verkar det som om de undersöks i mikroskop. morfologiskt bildar en helhet. Elektronmikroskopisk undersökning visar dock att de är separerade från varandra genom intercellulära gap, vars bredd kan vara 600-1500 ångström. Trots detta fungerar glatt muskulatur som en enhet. Detta uttrycks i det faktum att AP och långsamma depolarisationsvågor fortplantar sig obehindrat från en fiber till en annan.

I vissa glatta muskler, till exempel i ögats ciliarmuskel, eller irismusklerna, är fibrerna placerade separat, och var och en har sin egen innervation. I de flesta glatta muskler finns motoriska nervfibrer på endast ett litet antal fibrer.

Vilopotentialen hos glatta muskelfibrer, som har automatik, uppvisar konstanta små fluktuationer. Dess värde under intracellulär abduktion är 30-70 mV. Vilopotentialen för glatta muskelfibrer som inte har automatik är stabil och lika med 60-70 mV. I båda fallen är dess värde mindre än vilopotentialen för skelettmuskulaturen. Detta beror på det faktum att membranet av glatta muskelfibrer i vila kännetecknas av en relativt hög permeabilitet för Na-joner. Aktionspotentialer i glatt muskulatur är också något lägre än i skelettmuskler. Överskottet över vilopotentialen är inte mer än 10-20 mV.

Den joniska mekanismen för AP-förekomst i glatta muskler skiljer sig något från den i skelettmuskler. Det har fastställts att regenerativ membrandepolarisering, som ligger till grund för aktionspotentialen i ett antal glatta muskler, är associerad med en ökning av membranpermeabiliteten för Ca++-joner snarare än Na+.

Många glatta muskler uppvisar spontan, automatisk aktivitet. Det kännetecknas av en långsam minskning av vilomembranpotentialen, som, när en viss nivå uppnås, åtföljs av förekomsten av AP.

nerv- och skelettmuskelfibrer sprids excitation genom lokala elektriska strömmar som uppstår mellan cellmembranets depolariserade och intilliggande vilande delar. Samma mekanism är också karakteristisk för glatta muskler. Men till skillnad från vad som förekommer i skelettmuskler, i glatt muskulatur kan en aktionspotential som uppstår i en fiber spridas till intilliggande fibrer. Detta beror på det faktum att i membranet av glatta muskelceller i området för kontakter med angränsande finns områden med relativt lågt motstånd, genom vilka strömslingor som uppstår i en fiber lätt passerar till närliggande, vilket orsakar depolarisering av deras membran. I detta avseende liknar glatt muskulatur hjärtmuskeln. Den enda skillnaden är att i hjärtat exciteras hela muskeln från en cell, och i glatt muskulatur sprids PD som uppstår i ett område från det endast till ett visst avstånd, vilket beror på styrkan hos den applicerade stimulansen.

En annan betydelsefull egenskap hos glatt muskulatur är att en spridningsverkanspotential endast uppstår nedåt om den applicerade stimulansen samtidigt exciterar ett visst minsta antal muskelceller. Denna "kritiska zon" har en diameter på cirka 100 mikron, vilket motsvarar 20-30 parallella celler. Excitationshastigheten i olika glatta muskler sträcker sig från 2 till 15 cm/sek. de där. betydligt mindre än i skelettmuskulaturen.

Precis som i skelettmuskler har aktionspotentialer i glatt muskulatur ett triggervärde för uppkomsten av den kontraktila processen. Sambandet mellan excitation och kontraktion här utförs också med hjälp av Ca++. Men i glatta muskelfibrer är det sarkoplasmatiska retikulumet dåligt uttryckt, så den ledande rollen i kontraktionsmekanismen tilldelas de Ca++-joner som tränger in i muskelfibern under genereringen av aktionspotential.

Med en stor kraft av enstaka irritation kan sammandragning av den glatta muskeln uppstå. Den latenta perioden för dess sammandragning är mycket längre än skelettet och når 0,25-1 sek. Varaktigheten av själva sammandragningen är också lång - upp till 1 minut. Avslappning sker särskilt långsamt efter sammandragning. Kontraktionsvågen fortplantar sig genom den glatta muskulaturen med samma hastighet som excitationsvågen (2-15 cm/sek). Men denna långsamma kontraktila aktivitet kombineras med stor kraft av sammandragning av glatta muskler. Således kan musklerna i magen hos fåglar lyfta 2 kg per 1 kvm. dess tvärsnitt.

På grund av den långsamma sammandragningen går glatt muskulatur, även vid sällsynt rytmisk stimulering (10-12 per minut), lätt in i ett långvarigt tillstånd av ihållande sammandragning, som påminner om stelkramp i skelettmuskeln. Energikostnaderna för en sådan minskning är dock mycket låga.

Förmågan att automatisera glatta muskler är inneboende i deras muskelfibrer och regleras av nervelement som finns i väggarna i glatta muskelorgan. Automaticitetens myogena natur har bevisats genom experiment på remsor av tarmväggsmuskler befriade från nervösa element. Släta muskler reagerar på alla yttre påverkan genom att ändra frekvensen av spontana rytmer, vilket resulterar i sammandragningar eller avslappningar av muskeln. Effekten av irritation av glatta tarmmuskler beror på förhållandet mellan stimuleringsfrekvensen och den naturliga frekvensen av spontana rytmer: med låg ton - sällsynt spontan PD - den applicerade irritationen ökar tonen; med hög ton uppstår avslappning som svar på irritation eftersom överdriven acceleration av impulser leder till att varje efterföljande impuls faller in i en eldfast fas från den föregående.

17. Struktur och funktioner hos nervfibrer. Mekanismen för excitation

myeliniserade och omyeliniserade nervfibrer. Betydelsen av noder av Ranvier.

Axonernas huvudsakliga funktion är att leda impulser som uppstår i en neuron. Axoner kan vara täckta med ett myelinhölje (myelinerade fibrer) eller sakna det (omyeliniserade fibrer). Myeliniserade fibrer är vanligare i motoriska nerver, medan icke-myeliniserade fibrer dominerar i det autonoma (autonoma) nervsystemet.

En individuell myeliniserad nervfiber består av en axiell cylinder täckt av en myelinskida som bildas av Schwann-celler. Den axiella cylindern har ett membran och axoplasma. Myelinskidan är en produkt av Schwann-cellens aktivitet och består av 80 % lipider med hög ohmsk resistens och 20 % protein.

Myelinhöljet täcker inte den axiella cylindern med ett kontinuerligt hölje, utan avbryts och lämnar öppna områden av den axiella cylindern, kallade Ranvier noder. Längden på sektionerna mellan dessa avlyssningar är olika och beror på nervfiberns tjocklek: ju tjockare den är, desto längre är avståndet mellan avlyssningarna (fig. 2.17).

Omyeliniserade nervfibrer täcks endast av Schwanns slida.

Ledningen av excitation i omyelinerade fibrer skiljer sig från den i myelinerade fibrer på grund av membranens olika struktur. I omyeliniserade fibrer täcker excitationen gradvis intilliggande sektioner av den axiella cylinderns membran och sprider sig sålunda till slutet av axonet. Hastigheten för excitationsutbredning längs fibern bestäms av dess diameter.

I nervfibrer utan myelin, där metabola processer inte ger snabb kompensation för energiförbrukning vid excitation, sker spridningen av denna excitation med en gradvis försvagning - med dekrementering. Dekrementell ledning av excitation är karakteristisk för ett lågorganiserat nervsystem.

Hos högre djur, tack vare förekomsten av myelinskidan och perfektion av metabolism i nervfibern, passerar excitationen utan att blekna, utan att minska. Detta underlättas av närvaron av en lika stor laddning genom hela fibermembranet och dess snabba återställande efter passage av excitation.

I myeliniserade fibrer täcker excitation endast områden med nodalinterceptioner, det vill säga den kringgår områden täckta med myelin. Denna ledning av excitation längs fibern kallas saltande (mellanrum). I noderna når antalet natriumkanaler 12 000 per 1 µm, vilket är betydligt fler än i någon annan del av fibern. Som ett resultat är nodavlyssningarna de mest exciterande och ger en högre excitationshastighet. Ledningstiden för excitation längs myelinfibern är omvänt proportionell mot längden mellan avlyssningarna.

Ledningen av excitation längs nervfibern störs inte under lång tid (många timmar). Detta indikerar låg trötthet av nervfibern. Man tror att nervfibern är relativt outtröttlig på grund av det faktum att processerna för energiåtersyntes i den fortskrider med en tillräckligt hög hastighet och lyckas återställa energiförbrukningen som uppstår under passagen av excitation.

I ögonblicket av excitation spenderas nervfiberns energi på driften av natrium-kaliumpumpen. Särskilt stora mängder energi går till spillo vid Ranviers noder på grund av den höga densiteten av natrium-kaliumkanaler här.

J. Erlanger och H. Gasser (1937) var de första som klassificerade nervfibrer baserat på excitationshastigheten. Excitationshastigheten längs de blandade nervfibrerna varierar när man använder en extracellulär elektrod. Potentialerna hos fibrer som leder excitation vid olika hastigheter registreras separat (Fig. 2.18).

Beroende på excitationshastigheten delas nervfibrer in i tre typer: A, B, C. I sin tur är typ A-fibrer indelade i fyra grupper: A α , A β , A γ , A δ . Grupp A-fibrer har den högsta ledningshastigheten (upp till 120 m/s) α , som består av fibrer med en diameter på 12-22 mikron. Andra fibrer har en mindre diameter och följaktligen sker excitation genom dem med lägre hastighet (tabell 2.4).

Nervstammen bildas av ett stort antal fibrer, men excitationen som går längs var och en av dem överförs inte till de intilliggande. Denna egenskap av ledning av excitation längs nerven kallas lagen om isolerad excitationsledning längs en enda nervfiber. Möjligheten till sådant beteende är av stor fysiologisk betydelse, eftersom det till exempel säkerställer isoleringen av sammandragningen av varje neuromotorisk enhet.

Förmågan hos en nervfiber att leda excitation på ett isolerat sätt beror på närvaron av membran, liksom det faktum att motståndet hos vätskan som fyller interfiberutrymmena är betydligt lägre än motståndet hos fibermembranet. Därför shuntas strömmen, som lämnar den exciterade fibern, i vätskan och visar sig vara svag för spännande närliggande fibrer. Ett nödvändigt villkor för ledning av excitation i en nerv är inte bara dess anatomiska kontinuitet, utan också dess fysiologiska integritet. I vilken metallledare som helst kommer elektrisk ström att flyta så länge som ledaren bibehåller fysisk kontinuitet. För en nerv-"ledare" är detta tillstånd inte tillräckligt: ​​nervfibern måste också bibehålla fysiologisk integritet. Om egenskaperna hos fibermembranet kränks (ligering, blockad med novokain, ammoniak, etc.), slutar ledningen av excitation längs fibern. En annan egenskap som kännetecknar ledning av excitation längs en nervfiber är förmågan till bilateral ledning. Att applicera stimulering mellan två utgående elektroder på ytan av en fiber kommer att inducera elektriska potentialer under varje elektrod.

Tabell - Excitationshastighet längs nervfibrer

Fibergrupp	Fiberdiameter, µm	Ledningshastighet, m/s

18. Lagar för ledning av excitation längs nerverna. Klassificering av nervfibrer. Hastigheten av excitation längs nervfibrer, dess åldersrelaterade egenskaper.

19. Struktur av den neuromuskulära synapsen. Mekanismen för överföring av excitation från nerv till muskel.Ändplattans potential, dess egenskaper.

Synapser är de kontakter som etablerar neuroner som oberoende enheter. Synapsen är en komplex struktur och består av en presynaptisk del (änden av axonet som sänder signalen), en synaptisk klyfta och en postsynaptisk del (strukturen av den mottagande cellen).

Neuromuskulära synapser säkerställer ledningen av excitation från nervfibern till muskelfibern tack vare mediatorn acetylkolin, som, när nervändan exciteras, passerar in i synaptisk klyfta och verkar på muskelfiberns ändplatta.

Acetylkolin bildas och ackumuleras i form av vesiklar i den presynaptiska terminalen. När den exciteras av en elektrisk impuls som färdas längs axonet, blir den presynaptiska delen av synapsen permeabel för acetylkolin.

Denna permeabilitet är möjlig på grund av det faktum att som ett resultat av depolarisering av det presynaptiska membranet öppnas dess kalciumkanaler. Ca2+-jonen kommer in i den presynaptiska delen av synapsen från den synaptiska klyftan. Acetylkolin frisätts och går in i synapspalten. Här interagerar den med sina receptorer på det postsynaptiska membranet som tillhör muskelfibern. Receptorerna, när de exciteras, öppnar en proteinkanal inbäddad i membranets lipidskikt. Na+-joner tränger in i muskelcellen genom den öppna kanalen, vilket leder till depolarisering av muskelcellsmembranet, vilket resulterar i utvecklingen av den så kallade ändplattepotentialen (EPP). Eftersom denna potential normalt alltid ligger över tröskeln, orsakar den en aktionspotential som fortplantar sig längs muskelfibern och orsakar sammandragning. Ändplattans potential är kort, eftersom acetylkolin för det första snabbt kopplas bort från receptorerna och för det andra hydrolyseras det av AChE.

Den neuromuskulära synapsen överför excitation i en riktning: från nervändan till muskelfiberns postsynaptiska membran, vilket beror på närvaron av en kemisk länk i mekanismen för neuromuskulär överföring.

Excitationshastigheten genom synapsen är mycket mindre än längs nervfibern, eftersom tid här ägnas åt aktivering av det presynaptiska membranet, passage av kalcium genom det, frisättning av acetylkolin till synapspalten, depolarisering av det postsynaptiska membranet. membran och utvecklingen av PPP.

Förklarande anteckning

Den föreslagna valbara kursen innehåller information om cellen - den elementära enheten i levande natur - och är avsedd för elever i specialiserade klasser med intresse för cytologi och biokemi. Den föreslagna valbara kursen stödjer och fördjupar grundläggande kunskaper i biologi. Att läsa en valbar kurs hjälper dig att välja vidareutbildning och yrkesverksamhet.

Kursen bygger på de kunskaper och färdigheter som studenterna förvärvat under studierna i biologi. Under lektionerna förväntas eleverna få erfarenhet av att söka information om de föreslagna frågeställningarna. Eleverna förbättrar sina färdigheter i att förbereda sammanfattningar, rapporter, meddelanden om ett valt ämne och tränar experimentella tekniker.

Den valbara kursen är 35 h. Programmet ger utrymme för studier av teoretiska frågeställningar, genomförande av seminarier och laborationer.

Syfte med kursen: fördjupad studie av cellens struktur och egenskaper, nödvändig för en allsidig förståelse av biologiska fakta, fenomen och processer.

Kursens mål: utveckla förmågan att identifiera, avslöja och använda sambandet mellan en cells struktur och funktion när man överväger biologiska processer och fenomen; konsolidering av färdigheter och förmågor som är nödvändiga för laboratoriearbete; involvera studenter i självständigt arbete med ytterligare litteratur; stimulera den kognitiva aktiviteten hos studenter som är intresserade av cytologi och biokemi; bildning av färdigheter och förmågor för en allsidig förståelse av kunskaper inom biologi.

Grundkonceptet för kursen: användningen av ett integrerat tillvägagångssätt när man studerar organismer på olika organisationsnivåer, bildandet av evolutionärt tänkande.

Som ett resultat av att studera kursen eleverna bör veta:

– Mikroskopanordning och metoder för att arbeta med den;
– bestämmelser i cellteorin;
– likheter och skillnader mellan växt- och djurceller;
– olika kemiska föreningars roll i cellen;
– cellens huvudkomponenter och organeller;
– strukturella egenskaper hos prokaryota och eukaryota celler;
– störningar i protein- och kolhydratmetabolismen;
– betydelsen av enskilda mineralämnen.

Eleverna ska kunna:

– arbeta med ett mikroskop;
– namnge cellens huvuddelar, känna igen dem i diagram och fotografier;
– göra enkla förberedelser för mikroskopisk undersökning;
– korrekt formatera laborationer;
– självständigt arbeta med ytterligare litteratur och använda modern teknik.

Artikeln publicerades med stöd av en elektronisk kurs för att förbereda sig för Unified State Exam i matematik. Unified State Examination i matematik grundnivå och profilnivå. Videoföreläsningar, onlinepresentationer och bekväma test för att förbereda sig för Unified State Exam 2016. Snabb och effektiv förberedelse för Unified State Exam i matematik för antagning till ledande universitet i Ryssland. För mer information, se webbplatsen, som finns på: "USE-in-mathematics.online".

Ämne 1. Cell: studiehistoria (3 timmar)

Lektion 1. Introduktion till cellcytologi. En cell är ett integrerat system. Historien om studier av celler. Uppgifter för modern cytologi.

Lektion #2 . Skapande av cellteori. Metoder för att studera celler. Parallellism i utvecklingen av mikroskopisk teknologi och nivån på cytologisk forskning.

Lektion #3 . Laboratoriearbete nr 1."Mikroskopdesign och mikroskopitekniker."

Ämne 2. Cellkemi (8 timmar)

Lektion 1. Kemiska element i cellen. Funktioner i den kemiska sammansättningen av levande saker. Joner i cellen och kroppen. Innehållet av kemiska föreningar i cellen. Vattnets roll i ett levande system.

Lektion #2 . Organiska föreningar. Kemi av proteiner. Proteiner är kolloider, proteiner är amfotära elektrolyter, proteiner är hydrofila föreningar.

Laboratoriearbete nr 2."Bevis för den biokatalytiska funktionen av enzymproteiner".

Lektion #3 . Essentiella aminosyror. Patologiska fenomen i frånvaro av proteiner i mat och störningar i proteinmetabolism.

Lektion #4 . Laboratoriearbete nr 3."Detektion av proteiner i biologiska föremål."

Lektion #5 . Kolhydrater är de vanligaste organiska ämnena på jorden. Samband mellan strukturen av kolhydrater och biologiska funktioner. Patologier förknippade med nedsatt kolhydratmetabolism i kroppen: blodsockernivåerna är normala och i patologier, hyper- och hypoglykemi, diabetes mellitus.

Lektion #6 . Laboratoriearbete nr 4."Detektering av kolhydrater i biologiska föremål."

Lektion #7 . Lipider. Lipidernas roll i uppkomsten av en viss autonomi för ett biologiskt system som en cell.

Laboratoriearbete nr 5."Detektion av lipider i biologiska föremål."

Lektion #8 . Nukleinsyror. Watson och Crick modell.

Laboratoriearbete nr 6."Isolering av deoxinukleoprotein från mjälte (lever) vävnad. Kvalitativ reaktion på DNA."

Ämne 3. Översiktsplan över cellstrukturen (10 timmar)

Lektion 1 . Membran. Modern modell av cellmembranets struktur. Cellvägg, glykokalyx.

Lektion #2 . Cytoskelett, dess komponenter och funktioner i olika typer av celler.

Lektion #3 . Membrantransport.

Lektion #4 . Endocytos och receptorfunktion hos membranet.

Lektion nr 5–6 . Membranorganeller i cellen.

Lektion nr 7–8. Icke-membrancellsorganeller. Prokaryoter och eukaryoter. Eukaryota djur- och växtceller.

Laboratoriearbete nr 7."Strukturella egenskaper hos prokaryoter och eukaryoter."

Lektion #9 . Laboratoriearbete nr 8."Fysiologiska egenskaper hos cellmembranet".

Lektion #10 . Seminarium. Utsikter för utveckling av membranologi.

Ämne 4. Metabolism (6 timmar)

Lektion 1 . Källor till cellenergi. Heterotrofer och autotrofer.

Lektion #2 . Mitokondrier är cellens energistationer. ATP-biosyntesschema.

Lektion #3 . Mekanismen för fotosyntes. Kemosyntes.

Lektion #4 . Biosyntes av proteiner. Genstruktur. Transkription.

Lektion #5 . Ribosomer. Typer och strukturer av ribosomer i prokaryoter och eukaryoter.

Lektion #6 . Utsända. Reglering av transkription och översättning. Epigenetiska faktorer.

Ämne 5. Kärnteknisk apparatur och cellreproduktion (6 timmar)

Lektion 1 . Begreppet kromatin. Kärnan i en eukaryot cell. Karyoplasm.

Lektion #2 . En cells livscykel. Cellreproduktion.

Lektion #3 . Begreppet stamceller.

Lektion #4 . Åldrande och celldöd. Nekros och apoptos. Cancer.

Lektion #5 . Laboratoriearbete nr 9. "Mitos i lökrotceller."

Lektion #6 . Seminarium.

Ämne 6. Cellutveckling (2 timmar)

Lektion #1–2 . Evolutionsteori för prokaryoter och eukaryoter. Slutkonferens "Primära stadier av biologisk evolution".

Laboratoriearbete nr 1. "Utformningen av ett ljusmikroskop och mikroskopitekniker"

Målet med arbetet: baserat på kunskap om ett ljusmikroskops struktur, behärska tekniken mikroskopi och beredning av temporära mikroobjektglas. Bekanta dig med reglerna för att genomföra laborationer.

Utrustning: mikroskop för varje elev. Objektglas och täckglas, pipetter, koppar vatten, bomullsull, filterpapper, pincett, sax, anteckningsbok, album. Diagram över mikroskopet och dess delar.

Framsteg

Tänk på huvuddelarna i ett mikroskop: mekaniska, optiska och belysning.

Den mekaniska delen inkluderar: ett stativ, en scen, ett rör, en revolver, makro- och mikrometriska skruvar.

Den optiska delen av mikroskopet representeras av ett okular och objektiv. Okular (lat. okulus– öga) ligger i den övre delen av röret och är vänd mot ögat. Detta är ett system av linser inneslutna i en hylsa. Genom siffran på okularets övre yta kan du bedöma dess förstoringsfaktor (×7, ×10, ×15). Vid behov kan okularet tas bort från röret och ersättas med ett annat. På motsatta sidan av röret finns en roterande platta eller revolver (lat. revolvo– rotera), som innehåller linsfattningar. En lins är ett system av linser, de har olika förstoringar. Det finns en lins med låg förstoring (×8), en lins med hög förstoring (×40) och en nedsänkningslins för att studera små föremål (×90). Den totala förstoringen av mikroskopet är lika med förstoringen av okularet multiplicerat med förstoringen av objektivet.

Belysningsdelen består av en spegel, en kondensor och ett membran.

Kondensorn är placerad mellan spegeln och scenen. Den består av två linser. En speciell skruv används för att flytta kondensorn. När kondensorn sänks minskar belysningen, när den höjs ökar den. Genom att ändra placeringen av membranplattorna kan du även justera belysningen med hjälp av en speciell ratt.

Träning: Rita ett mikroskop och märk dess delar.

Regler för att arbeta med ett mikroskop

1. Ställ upp mikroskopet med stativet vänt mot dig och scenen bort från dig.

2. Placera linsen med låg förstoring i arbetsläge.

3. Medan du tittar genom okularet med ditt vänstra öga, rotera spegeln i olika riktningar tills synfältet är starkt och jämnt upplyst.

4. Placera det förberedda preparatet på scenen (täckglaset uppåt) så att det är i mitten av hålet i scenen.

5. Under visuell kontroll (titta inte genom okularet, utan från sidan), sänk långsamt ner röret med hjälp av makroskruven så att linsen är på ett avstånd av 2 mm från provet.

6. Titta genom okularet och lyft långsamt röret tills en bild av föremålet visas.

7. För att gå vidare till att undersöka föremålet vid hög förstoring av mikroskopet är det nödvändigt att centrera preparatet, d.v.s. placera objektet i mitten av synfältet.

8. Vrid revolvern och flytta linsen med hög förstoring till arbetsläge.

9. Sänk ner röret under visuell kontroll nästan tills det kommer i kontakt med läkemedlet.

10. Titta genom okularet och lyft långsamt röret tills en bild visas.

11. Använd en mikroskopisk skruv för finfokusering.

12. När du skissar preparatet, titta in i okularet med ditt vänstra öga.

Träning: skriva om reglerna för att arbeta med ett mikroskop i en anteckningsbok för laboratoriearbete.

Metod för att förbereda en tillfällig förberedelse

1. Ta en glasskiva, håll den i sidokanterna och ställ den på bordet.

2. Placera ett föremål, till exempel 1,5 cm långa bomullsbitar, i mitten av glaset. Använd en pipett och applicera en droppe vatten på föremålet.

3. Placera ett täckglas på objektglaset. Ta bort överflödigt vatten med en bit filterpapper.

4. Tänk på det färdiga läkemedlet.

5. Skissa i ett album hur bomullsfibrerna ser ut vid låg och hög förstoring.

Mikroskopering av protozoer

Från ett akvarium som inte har rengjorts på länge, ta en droppe tillsammans med en växtkvist eller andmatsblad och undersök den i mikroskop med låg förstoring. Vanligtvis är en mängd olika protozoer synliga: tofflor ciliater, amöbor - fritt levande och fästa vid alger (suvoiki). Det kan också finnas flercelliga organismer i vattnet - små maskar och kräftdjur (cyklops, daphnia). Genom att titta på detta preparat kan du öva på att rikta mikroskopet mot rörliga föremål.

Regler för att genomföra laborationer

En nödvändig del av mikroskopisk studie av ett objekt är dess skiss i ett album. För att göra detta behöver du ha ett 21x30 cm album och pennor (enkla och färgade). En anteckningsbok behövs för att spela in textmaterial och kompletta diagram.

1. Du kan bara rita på en sida av arket.

2. Innan du börjar skissen, skriv ner namnet på ämnet högst upp på sidan.

3. Ritningen ska vara stor, detaljerna syns tydligt.

4. Ritningen måste korrekt återspegla formerna, förhållandet mellan volym och storlek för enskilda delar och helheten.

Först måste du rita objektets kontur (stor), sedan inuti - detaljernas konturer och efter det tydligt rita dem.

5. Rita och repetera tydligt alla linjer i objektet. För att göra detta får du inte ta ögonen från mikroskopet, utan bara byta uppmärksamhet från objektet till ritningen (du måste lära dig detta).

6. Varje ritning måste märkas med delar. Alla inskriptioner måste vara parallella med varandra. Pilar placeras på enskilda delar av objektet, och namnet på den del av objektet skrivs mot varje del.

Laboratoriearbete nr 2. "Bevis på enzymproteiners biokatalytiska funktion"

Målet med arbetet: bevisa den katalytiska effekten av enzymproteiner, visa deras höga specificitet, optimal aktivitet under fysiologiska förhållanden.

Utrustning: ställ med provrör, 1 ml pipetter, vattenbad, termostat; 1 % stärkelselösning, 1 % jodlösning i kaliumjodid, 5 % kopparsulfatlösning, 10 % natriumhydroxidlösning, 2 % sackaroslösning, 0,2 % saltsyralösning, salivlösning utspädd med vatten 5 gånger (till 1 volym saliv tillsätt 4 volymer vatten).

Framsteg

1. Enzymatisk hydrolys av stärkelse

Salivamylas fungerar som ett enzym som hydrolyserar stärkelse till dess beståndsdelar (maltos, glukos). Resultaten av experimentet bedöms med hjälp av färgreaktioner - med jod och Trommer-reaktionen (kvalitativ reaktion på glukos). Ohydrolyserad stärkelse ger en blå färg med jod och en negativ Trommer-reaktion. Produkterna från stärkelsehydrolysen reagerar inte med jod, utan ger färg i Trommer-reaktionen.

Volymer kan mätas i droppar: 1 droppe är ungefär 0,2 ml.

1. Ta två provrör (nr 1 och nr 2) och tillsätt 10 droppar 1% stärkelselösning till varje.

2. Tillsätt 4 droppar vatten (kontroll) i provrör nr 1, blanda innehållet noggrant och placera provröret i ett vattenbad eller i en termostat vid 37 °C i 20 minuter.

3. Efter 5 minuter, tillsätt 4 droppar utspädd salivlösning i provrör nr 2 och placera även i termostaten i 20 minuter,

4. Efter att ha hållit i en termostat, överför 4 droppar från provrör nr 1 till 2 olika provrör.

5. Tillsätt 1 droppe av en 1% lösning av jod i kaliumjodid till ett av provrören, 1 droppe av en 5% lösning av kopparsulfat och 4 droppar av en 10% lösning av natriumhydroxid till det andra och värm försiktigt upp detta provrör till en koka.

6. Upprepa samma sak med innehållet i provrör nr 2.

I närvaro av vatten sker ingen hydrolys av stärkelse, och i reaktionen med jod bör en blå färg av stärkelse uppträda, och i Trommer-reaktionen bör lösningen förbli blå. Salivamylas hydrolyserar stärkelse till glukos: det sker ingen reaktion med jod, men i Trommer-reaktionen sker färgningen först gul (bildning av CuOH) och sedan tegelröd (bildning av Cu(OH) 2).

2. Specificitet för enzymverkan

Varje enzym verkar på endast en substans eller grupp av liknande substrat. Detta beror på överensstämmelsen mellan strukturen av enzymet (dess aktiva centrum) och strukturen av substratet. Till exempel verkar amylas endast på stärkelse och sukras endast på sackaros.

1. Beredning av sukraslösning. Ta 10 g färsk eller 3 g torr bagerijäst, mal i en porslinsmortel med 6 ml destillerat vatten, tillsätt 20 ml vatten och filtrera genom bomull (förvara i kylen).

2. Beredning av amylaslösning. Mät upp 50 ml destillerat vatten och skölj munnen med det i 2-4 doser i 3-5 minuter. Den uppsamlade vätskan filtreras genom bomullsull och används som en amylaslösning.

3. Ta 4 provrör. Tillsätt 10 droppar 1% stärkelselösning i provrör nr 1 och nr 2. Tillsätt 10 droppar 2% sackaroslösning till provrör nr 3 och nr 4. Tillsätt 5 droppar amylaslösning till provrör nr 1 och nr 3. Tillsätt 5 droppar sukraslösning i provrör nr 2 och nr 4. Rör om och förvara i en termostat vid en temperatur på 38–40 °C i 15 minuter.

Utför reaktioner med jod och Trommer med innehållet i alla fyra provrören. Fyll i tabellen.

Tabell. Bestämning av specificiteten för enzymverkan

I slutsatserna bör det noteras i vilket provrör och under vilka förhållanden verkan av enzymerna upptäcktes och varför.

3. Effekt av pH på enzymaktivitet

För varje enzym finns det ett visst reaktionsvärde i miljön där det uppvisar maximal aktivitet. En förändring av pH i miljön orsakar en minskning eller fullständig hämning av enzymaktivitet.

Tillsätt 1 ml destillerat vatten till 8 provrör. Tillsätt 1 ml 0,2 % saltsyralösning till provrör nr 1 och blanda. Ta 1 ml av blandningen från provrör nr 1 och överför till provrör nr 2, blanda, överför 1 ml till provrör nr 3 osv. Ta 1 ml från provrör nr 8 och häll bort det. Vi skaffar media med olika pH-värden. pH-värden kan kontrolleras med en pH-mätare eller universalindikatorpapper.

Tillsätt 2 ml 1% stärkelselösning och 1 ml amylaslösning till varje provrör (se ovan). Skaka provrören och placera i en termostat på 37 ° C i 15 min.

Efter kylning, tillsätt en droppe av en 1% lösning av jod i kaliumjodid till alla provrör. Fullständig hydrolys kommer att ske i provrör nr 5 och nr 6, där lösningsmediets pH ligger i intervallet 6,8–7,2, d.v.s. under optimala förhållanden för amylasverkan.

Laboratoriearbete nr 3. ”Detektion av proteiner i biologiska föremål”

Målet med arbetet: bevisa förekomsten av proteiner i biologiska föremål.

Utrustning: ställ med provrör, pipett, vattenbad, droppare; äggvitelösning; 10 % NaOH-lösning, 1 % kopparsulfatlösning, 0,5 % vattenhaltig ninhydrinlösning; salpetersyra (koncentrerad).

Framsteg

1. Biuretreaktion för bestämning av peptidbindningar.

Metoden bygger på förmågan hos en peptidbindning i en alkalisk miljö att bilda färgade komplexa föreningar med kopparsulfat.

Tillsätt 5 droppar av en 10% äggvitelösning (vitan filtreras genom gasväv, späds sedan 1:10 med destillerat vatten), tre droppar av en 10% natriumhydroxidlösning och 1 droppe av en 1% kopparsulfatlösning till ett test rör och blanda.

Innehållet i provröret får en blåviolett färg.

2. Ninhydrinreaktion.

Proteiner, polypeptider och fria aminosyror ger en blå eller violett färg med ninhydrin.

Tillsätt 5 droppar av en 10 % äggvitelösning i ett provrör, tillsätt 5 droppar av en 0,5 % vattenlösning av ninhydrin och värm upp. Efter 2–3 minuter utvecklas en rosa eller blåviolett färg.

3. Xantoproteinreaktion (grek. xantos- gul). Med hjälp av denna reaktion detekteras aminosyror som innehåller bensenringar (tryptofan, tyrosin, etc.) i proteinet.

Tillsätt 5 droppar av en 10 % äggvitelösning i ett provrör, tillsätt 3 droppar koncentrerad salpetersyra (försiktigt) och värm upp. Efter kylning, tillsätt 5–10 droppar 10 % natriumhydroxidlösning i provröret tills en orange färg visas (detta är förknippat med bildningen av natriumsalt av cykliska nitroföreningar).

Kristaller i växtceller

Laboratoriearbete nr 4. ”Detektion av kolhydrater i biologiska föremål”

Målet med arbetet: bevisa förekomsten av kolhydrater i biologiska föremål.

Utrustning: ställ med provrör; pipetter, vattenbad; 1 % stärkelselösning, 1 % sackaroslösning, 1 % fruktoslösning, 1 % jodlösning (i kaliumjodidlösning); 1% alkohollösning av naftol, 1% alkohollösning av tymol; svavelsyra (koncentrerad); Selivanovs reagens (0,5 g resorcinol i 100 ml 20% saltsyra).

Framsteg

1. Detektion av stärkelse.

Tillsätt 10 droppar av en 1% stärkelselösning och en droppe av en 1% lösning av jod i kaliumjodid i ett provrör. Innehållet i provröret får en blåviolett färg.

2. Detektering av kolhydrater.

Genom reaktion med naftol eller tymol detekteras små mängder kolhydrater eller kolhydratkomponenter i komplexa föreningar.

Tillsätt 10 droppar 1% sackaroslösning i två provrör. Tillsätt 3 droppar av en 1% alkohollösning av naftol till ett provrör. I ett annat provrör - 3 droppar av en 1% alkohollösning av tymol. Häll 0,5 ml koncentrerad svavelsyra i både (försiktigt) och vid gränsen av de två vätskorna observera en violett färg i ett provrör med naftol och en röd färg i ett provrör med tymol.

3. Detektion av fruktos (Selivanov-reaktion).

Fruktos ger vid upphettning med saltsyra och resorcinol en körsbärsröd färg.

Häll 10 droppar av Selivanovs reagens och 2 droppar 1% fruktoslösning i ett provrör och värm försiktigt. En röd färg observeras.

Laboratoriearbete nr 5. ”Detektion av lipider i biologiska föremål”

Målet med arbetet: bevisa förekomsten av lipider i biologiska föremål.

Utrustning: ställ med provrör, vattenbad, pipett, glasmuggar, pinnar, gasväv; kycklingäggula, 1% kolesterollösning i kloroform; koncentrerad svavelsyra, aceton.

Framsteg

1. Detektion av lecitin.

Lecitin tillhör gruppen fosfolipider, är en del av cellmembranen och utgör huvuddelen av hjärnvävnaden. Lecitin är olösligt i vatten och aceton, men lösligt i etylalkohol, eter och kloroform.

Lägg en del av gulan från ett kycklingägg i ett glas. Under omrörning med en pinne, tillsätt varm etylalkohol droppe för droppe (med en hastighet av 80 ml per hel äggula). Värm alkohol endast i ett vattenbad! När lösningen har svalnat, filtrera den i en torr kolv. Filtratet ska vara klart. Den måste användas omedelbart.

Tillsätt 10 droppar aceton i ett torrt provrör och tillsätt en alkohollösning av lecitin droppe för droppe. En vit fällning bildas.

2. Kolesteroldetektering.

Kolesterol är ett fettliknande ämne som har stor betydelse för kroppen. Det finns i membranen i många organ och vävnader och är en föregångare till gallsyror, vitamin D, könshormoner och binjurehormoner. Salkovsky-reaktionen är baserad på det faktum att kolesterol under påverkan av koncentrerad svavelsyra dehydreras för att bilda rödfärgat kolesterol.

Tillsätt 15–20 droppar 1 % kloroformlösning av kolesterol i ett torrt provrör och (försiktigt) tillsätt 0,5 ml koncentrerad svavelsyra längs kärlets vägg. En röd ring visas vid vätskegränsytan.

Laboratoriearbete nr 6. "Isolering av deoxinukleoprotein från mjälte (lever) vävnad. Kvalitativ reaktion på DNA"

Målet med arbetet: bevisa att nukleinsyror finns i stora mängder i form av föreningar med proteiner (deoxinukleoproteiner - DNP) i vävnader rika på kärnor (mjälte, bräss, lever, etc.).

Utrustning: stativ med provrör, mortel och mortelstöt, glaspulver eller tvättad sand, kristalliserare, 50 ml och 300 ml graderade cylindrar, 1 ml pipetter, hackade träpinnar, vattenbad, gasväv för filtrering; 5 % natriumkloridlösning (innehållande 0,04 % tribasiskt fosfat), 0,4 % natriumhydroxidlösning; difenylaminreagens; mjälte (lever) färsk eller fryst; Jäst-RNA, nyberedd 0,1% lösning.

Framsteg

1. Isolering av deoxinukleoprotein (DNP) från mjälte (lever) vävnad.

Metoden bygger på förmågan hos DNP att lösas i saltlösningar med hög jonstyrka och fällas ut när deras koncentration minskar.

I en mortel med en liten mängd glaspulver, mal 2–3 g vävnad noggrant, tillsätt gradvis natriumkloridlösning i portioner om 10–15 ml (totalt cirka 40 ml lösning förbrukas) i 12–15 minuter.

Filtrera den resulterande viskösa lösningen genom två lager gasväv till en kristallisator. Använd en cylinder, mät sex gånger (i förhållande till filtratet) volymen av destillerat vatten och häll långsamt i filtratet under långsam omrörning med en träpinne. De resulterande DNP-trådarna lindas på en pinne, varefter de kan överföras till ett provrör för vidare användning.

2. Kvalitativ reaktion på DNA.

Metoden bygger på förmågan hos deoxiribos, som är en del av deoxiribonukleoproteinernas DNA, att bilda blå föreningar med difenylamin vid upphettning i ett medium som innehåller en blandning av isättika och koncentrerade svavelsyror. Med ribos-RNA ger ett liknande reagens en grön färg.

Beredning av difenylaminreagens: Lös 1 g difenylamin i 100 ml isättika, tillsätt 2,75 ml koncentrerad svavelsyra till lösningen.

Tillsätt 1 ml 0,4 % natriumhydroxidlösning till 1/4 av DNP-sedimentet (tills det är upplöst). Tillsätt 0,5 ml difenylaminreagens. Blanda innehållet i provröret och lägg i ett kokande vattenbad i 15–20 minuter. Observera den karakteristiska färgen.

Laboratoriearbete nr 7. "Strukturella egenskaper hos prokaryota och eukaryota celler"

Målet med arbetet: baserat på studiet av celler av bakterier (prokaryoter), växter och djur (eukaryoter), för att upptäcka de viktigaste likheterna i strukturen hos bakterier, djur och växter som en indikator på enheten i organisationen av levande former.

Utrustning: mikroskop; diabilder och täckglas; pipetter, glas vatten, pincett, skalpeller, jodlösning, vattenlösning av bläck; fuchsin, metylenblåttlösning, köttbitar, fisk eller äggvita, lök; tabell över strukturen hos bakterie-, växt- och djurceller.

Framsteg

1. Förbered infusioner i förväg från olika produkter: kött, fisk, äggvita.

Mal en liten mängd material och lägg den i en kolv, tillsätt krita på spetsen av en skalpell. Fyll 2/3 av volymen med vatten. Förvara kolven med infusionen på en varm plats (på en mörk plats) i 3–5 dagar. Under denna tid ansamlas många olika bakterier i miljön.

2. Placera en droppe infusion på ett objektglas. Undersök läkemedlet med hjälp av en ×40-lins, men du kan också prova en ×90-lins (ett temporärt läkemedel framställs enligt reglerna som beskrivs i föregående arbete).

3. Tillsätt en droppe mascara. Mot den allmänna bakgrunden är bakterieceller ofärgade.

4. Rita bakterieceller.

5. Förbered ett tillfälligt växtcellpreparat. Kärnor i ofärgade celler är inte synliga.

Separera den köttiga fjället från en bit lök. Det finns en tunn hinna på insidan som måste tas bort och skäras bort. Placera en bit film på ett objektglas, pipettera jodlösningen, släpp den på filmen och täck med ett täckglas.

Du kan förbereda en beredning av ett elodea-blad, där kloroplaster är synliga - gröna plastider.

6. Undersök preparatet med låg förstoring. Stora runda kärnor i cellerna färgas gula med jod.

7. Vrid mikroskopet till hög förstoring och hitta cellmembranet. I kärnan kan man se 1–2 nukleoler, ibland syns cytoplasmans granulära struktur. Ofärgade tomrum i cellernas cytoplasma är vakuoler.

8. Rita flera celler. Märkning: membran, cytoplasma, kärna, vakuoler (om synliga).

9. På den färdiga förberedelsen, undersök djurcellerna och skissa dem. Figuren ska indikera: membran, cytoplasma, kärna.

10. Ha en gemensam diskussion. Vilka bestämmelser i cellteorin kan bekräftas av resultaten av det utförda arbetet?

Laboratoriearbete nr 8. "Fysiologiska egenskaper hos cellmembranet"

Målet med arbetet: visa att cellmembranet har selektiv permeabilitet, visa membranets roll i processen med fagocytos och pinocytos, och också bli bekant med cellplasmolys - processen för separation av protoplasten (cellinnehållet) från cellväggarna.

Utrustning: mikroskop, täckglas och objektglas, skalpeller, dissekeringsnålar, filterpapper, pipetter, bläck; odling av ciliater eller amöbor, vävnadsodling på ett näringsmedium, bitar av elodeablad; lösningar: kaliumklorid, kalciumklorid, magnesiumklorid,
2% albuminlösning, 10% natriumkloridlösning; destillerat vatten.

Framsteg

1. Placera ciliater, amöbor eller bitar av odlad vävnad i en 10 % lösning av natrium- eller kaliumklorid. Förbered en förberedelse för mikroskopet. Cellkrympning kan ses, vilket indikerar permeabilitet hos cellmembranet. I detta fall lämnar vatten cellen i miljön.

2. Överför cellerna till en droppe destillerat vatten eller ta bort lösningen från täckglaset med filterpapper och ersätt det med destillerat vatten. Observera hur cellerna sväller, eftersom... vatten rinner in i dem.

3. Placera ciliater eller bitar av odlad vävnad i en lågkoncentrationslösning av kalciumklorid eller magnesiumklorid. Ciliater och odlade celler fortsätter att leva. Kalcium- och magnesiumjoner minskar cellmembranets permeabilitet. Det finns ingen rörelse av vatten genom skalet.

4. Placera amöbor i en droppe 2% albuminlösning (kycklingäggvita). Förbered en förberedelse för mikroskopet. Efter en tid bildas vesiklar, utsprång och tubuli på ytan av amöbor. Det verkar som att ytan på amöborna "kokar". Detta åtföljs av intensiv rörelse av vätska nära membranets yta. Vätskedroppar är omgivna av utsprång av cytoplasman, som sedan sluter varandra. Pinocytotiska vesiklar dyker ibland upp plötsligt. Detta tyder på att vätskedroppar tillsammans med de ämnen som är lösta i den snabbt fångas upp. Pinocytos orsakas av ämnen som minskar ytspänningen i cellmembranet. Till exempel aminosyror, vissa salter.

Injicera lite bläck i vätskedroppen som amöborna finns i. Förbered läkemedlet. Efter en tid börjar amöborna långsamt röra sig mot slaktkroppens korn och frigör pseudopodier (falsepoder). Korn av kadaver fäster vid pseudopodiens yta, omges av dem och befinner sig efter en tid nedsänkta i cytoplasman. Under ett mikroskop observeras fenomenet fagocytos i amöba.

Litteratur för lärare

1. Welsh U., Storch F. Introduktion till cytologi. Översättning med honom. – M.: Mir, 1986.
2. Zavarzin A.A. och så vidare. Cellbiologi. – St. Petersburg: St. Petersburg State University Publishing House, 1992.
3. Swanson K., Webster P.– M.: Mir, 1982.
4. Lamm M.Åldrandets biologi. – M.: Mir, 1980.
5. Markosyan A.A. Fysiologi. – M.: Medicin, 1968.
6. Liberman E.A.
7. Ermolaev M.V. Biologisk kemi. – M.: Medicin, 1984.
8.Ruvinsky A.O. Allmän biologi. – M.: Utbildning, 1993.

Litteratur för studenter

1. Green N., Stout W., Taylor D. Biologi. I 3 volymer - M.: Mir, 1993.
2. De Duve K. Resa in i en levande cells värld. – M.: Mir, 1982.
3. Liberman E.A. Levande cell. – M.: Mir, 1987.
4. Kemp P., Arms K. Introduktion till biologi. – M.: Mir, 1988.

VITRYSSISKA STATSuniversitetet

BIOLOGISKA institutionen

Institutionen för växtfysiologi och biokemi

FYSIOLOGI

VÄXT

CELLER

för laboratorieverkstäder

"Växtfysiologi"

för studenter vid Biologiska fakulteten

V. M. Yurin, A. P. Kudryashov, T. I. Ditchenko, O. V. Molchan, I. Smolich Rekommenderas av akademiska rådet vid Biologiska fakulteten 16 juni 2009, protokoll nr Granskare Kandidat för biologiska vetenskaper, docent M. A Juice Physiology of plant cells: metod. rekommendationer för laboratorieklasser i workshopen "Plant Physiology" för F-studenter vid Biologiska fakulteten / V. M. Yurin [et al.].

– Minsk: BSU, 2009. – 28 sid.

Denna handbok är en integrerad del av det pedagogiska och metodologiska komplexet inom disciplinen "Plant Physiology" och inkluderar laborationer i avsnittet "Physiology of Plant Cells".

Avsedd för studenter vid Biologiska fakulteten som studerar inom specialiteterna "Biologi" och "Bioekologi".

UDC 581. BBK 28. © BSU,

FRÅN FÖRFATTARNA

Metodiska rekommendationer för laboratorieklasser är en integrerad del av kursen "Plant Physiology". Syftet med publikationen är att stärka elevernas självständiga arbete med hänsyn till att den individuella lärprocessen ska vara effektiv. Workshopen på kursen "Växtfysiologi" är avsedd att konsolidera teoretiskt material, förvärva praktiska arbetsfärdigheter och bekanta dig med de grundläggande metoderna för att forska om växters fysiologiska processer. Eleverna erbjuds uppgifter som beskriver det faktamaterial som de ska bemästra på egen hand.

Detta gör att du kan använda klassrummet mer effektivt.

1. PLANTCELL HUR

OSMOTISKT SYSTEM

Osmotiska system är system som består av två lösningar av ämnen med olika koncentrationer, eller en lösning och ett lösningsmedel, åtskilda av ett semipermeabelt membran. Ett idealiskt semipermeabelt membran tillåter lösningsmedelsmolekyler att passera men är inte permeabelt för lösta molekyler. I alla biologiska system är vatten lösningsmedlet. Skillnaden i sammansättning och koncentration av ämnen på båda sidor av ett semipermeabelt membran är orsaken till osmos - den riktade diffusionen av vattenmolekyler genom ett semipermeabelt membran.

Om vi ​​abstraherar från växtcellens detaljerade struktur och betraktar den från den osmotiska modellens synvinkel, så kan man hävda att växtcellen är ett levande osmotiskt system.

Plasmamembranet är semipermeabelt, och cytoplasman och tonoplasten fungerar som en enda enhet. Utanför det semipermeabla membranet finns en cellvägg som är mycket genomsläpplig för vatten och ämnen lösta i den och som inte stör vattnets rörelse. Huvudrollen för cellens osmotiska utrymme spelas av vakuolen, som är fylld med en vattenlösning av olika osmotiskt aktiva ämnen - sockerarter, organiska syror, salter, vattenlösliga pigment (antocyaniner, etc.). Detta är dock en ganska förenklad idé om en cell som ett osmotiskt system, eftersom varje cytoplasmatisk organell omgiven av ett membran också är en osmotisk cell. Som ett resultat sker osmotisk rörelse av vatten mellan den individuella organellen och cytosolen.

PLANTCELLMODELLER

Inledande kommentarer. De unika fysikalisk-kemiska egenskaperna hos biomembran säkerställer flödet av vatten och skapandet av högt hydrostatiskt tryck (turgor) i växtcellen, bevarandet av en anisotropisk fördelning av ämnen mellan cellen och dess miljö, selektiv absorption och frisättning av ämnen, och ett antal andra funktioner.

Hypotesen om förekomsten av ett plasmamembran på cellytan lades fram under andra hälften av 1800-talet. Den vetenskapliga motiveringen för denna hypotes (koncept) gavs av W. Pfeffer baserat på en förklaring av fenomenen plasmolys och deplasmolys. Enligt Pfeffer hade detta membran egenskapen att vara "semipermeabelt", det vill säga att det var genomträngligt för vatten och ogenomträngligt för ämnen lösta i vatten. Under de efterföljande åren genomfördes studier som gjorde det möjligt att inte bara bevisa förekomsten av en sådan struktur på cellens yta, utan också att studera några av egenskaperna hos denna struktur som är osynliga i optiska mikroskop. Dock fram till andra hälften av nittonhundratalet. biomembran förblev bara hypotetiska strukturer av en levande cell. Därför, för att demonstrera vissa egenskaper hos plasmamembranet och förklara funktionsmönstren för mekanismerna förknippade med plasmamembranet, skapade forskare cellmodeller ("konstgjorda celler").

Vid olika tidsperioder uppträdde modellsystem - "konstgjorda celler" av Pfeffer, Traube, Jacobs och andra. De två första av de nämnda modellerna visade fenomenet osmos, den tredje - mönstren för överföring av svaga elektrolyter genom biomembranet. Vid utförande av laboratoriearbete föreslås det att skapa "artificiella celler" modellsystem enligt Traube och Jacobs (modifierad).

När man bildar de "konstgjorda cell"-modellerna av Pfeffer och Traube, i gränsytan mellan lösningar av gult blodsalt och kopparsulfat, bildas en vattenolöslig amorf massa av järnsulfatkoppar, som har nästan idealiska osmotiska egenskaper - permeabilitet för vatten och ogenomtränglighet för lösta ämnen. Eftersom ett järn-kopparmembran separerar två lösningar, kommer riktningen och storleken på vattenflödet genom det att bestämmas av skillnaden i de kemiska potentialerna för vattenmolekyler på motsatta sidor av membranet. Om ett sådant membran separerade två lösningar av samma ämne, skulle den kemiska potentialen hos vattenmolekylerna vara högre i den mer utspädda lösningen, och vatten skulle röra sig mot lösningen med lägre koncentration. Vid bestämning av vattenrörelsens riktning i ett system som innehåller olika ämnen på båda sidor av membranet bör man ta hänsyn till graden av dissociation av ämnen, valens och permeabilitet hos membranet för joner. För att förenkla diskussionen om experimentet för att erhålla en "konstgjord cell" enligt Traube, antar vi att membranet av järnsulfidkoppar är absolut ogenomträngligt för lösta ämnen, graden av dissociation av gult blodsalt och kopparsulfat i lösningar är samma. I det här fallet, för att jämföra värdena för den kemiska potentialen för vattenmolekyler, kan du använda de normala koncentrationerna av de angivna salterna.

De grundläggande principerna för processen för diffusion av ämnen med olika polariteter genom plasmamembran etablerades under första hälften av 1900-talet. Enligt forskning av Collander och Barlund kan permeabilitetskoefficienten för ett membran för vilket ämne som helst förutsägas av molekylvikten för det senare och dess jämviktsfördelningskoefficient (kр) mellan vatten och vegetabilisk olja:

där CM och SV är koncentrationerna av ämnet som etableras i ett system av lösningsmedel i kontakt med varandra - olja och vatten - i ett jämviktstillstånd. För de flesta ämnen som diffunderar genom plasmamembranet finns det en direkt proportionalitet mellan produkten Pi M i och kр (Pi är membranets permeabilitetskoefficient med avseende på ämne i; Mi är molekylvikten för ämne i).

Kр-koefficienten fungerar i detta fall som ett kvantitativt mått på graden av hydrofobicitet: mer hydrofoba ämnen ackumuleras i olja och kännetecknas av ett stort kр-värde, medan hydrofila ämnen tvärtom ackumuleras i vattenfasen, för vilken kр värdet är mindre. I enlighet med detta bör icke-polära föreningar tränga in i cellen som ett resultat av diffusionsprocessen genom membranlipidskiktet lättare än polära. Graden av hydrofobicitet bestäms av strukturen hos ämnets molekyl. Ett ämnes hydrofobicitet beror dock till stor del på graden av jonisering av dess molekyler i lösning. I sin tur bestäms graden av jonisering av många organiska och oorganiska ämnen (svaga elektrolyter) av lösningens pH-värde.

Jacobs "konstgjorda cell" modellerar den selektiva permeabiliteten hos plasmamembranet hos växtceller mot elektriskt neutrala molekyler av svaga elektrolyter. I sin ursprungliga design av en "konstgjord cell" använde Jacobs en flik av grodhud som en analog till plasmalemma. I det föreslagna arbetet används en film gjord av ett hydrofobt (polymer) material som en modell av plasmalemma. Detta gjordes inte bara av mänskliga skäl - polymerfilmen modellerar tydligare de fysikalisk-kemiska egenskaperna hos lipiddubbelskiktet i plasmalemma.

Eftersom det är en svag bas finns ammonium i vattenlösningar i form av NH3 och NH4+, vars koncentrationsförhållande beror på mediets pH och för utspädda vattenlösningar bestäms av dissociationskonstanten pKa, som vid 25 °C är lika med till 9.25:

var och är koncentrationerna av ammoniakmolekyler respektive ammoniumjoner.

Om bara oladdade ammoniakmolekyler kan penetrera membranet, så är det lätt att visa att koncentrationerna av ammoniumjoner på olika sidor av membranet i jämvikt kommer att bero på pH i lösningarna i kontakt med membranet. För att demonstrera processen för ammoniaktransport över ett membran i Jacobs "konstgjorda cell" används dess förmåga att ändra pH.

Målet med arbetet. Skaffa "konstgjorda celler" med hjälp av Traube och Jacobs metoder och observera fenomenet osmos - rörelsen av vatten genom ett semipermeabelt membran längs en gradient av osmotisk potential.

Material och utrustning: 1,0 N lösningar av gult blodsalt, kopparsulfat, ammoniumklorid, natriumhydroxid och saltsyra, 1% vattenhaltig alkohollösning av neutralt rött, universellt indikatorpapper, fragment av glasrör smält i änden, polymerfilm, trådar , provrör , 3 glas med en kapacitet på 150–200 ml, stoppur.

1. Beredning av Traubes "konstgjorda cell". Genom utspädning, bered 1,0 N lösning av gult blodsalt (K4Fe(CN)6), 0,5 N och 1,N lösningar av kopparsulfat (CuSO45 H2O). Ta två provrör. Häll 0,5 N i den ena och 1,0 N lösning av kopparsulfat i den andra. Pipettera försiktigt längs provrörens vägg i varje 1,0 N lösning av gult blodsalt. På kontaktytan av lösningar av kopparsulfat och gult blodsalt bildas ett membran av järnsulfidkoppar:

En amorf fällning av järn-synoxidkoppar har nästan idealiska osmotiska egenskaper, därför, när den kemiska potentialen hos H2O-molekyler skiljer sig, bör ett vattenflöde observeras, vilket leder till en förändring i volymen av den "konstgjorda cellen". Det bör noteras att membranet av järnsulfidkoppar har svag elasticitet. Därför, när volymen av den "konstgjorda cellen" ökar, går membranet sönder.

Träning. Övervaka beteendet hos "konstgjorda celler" i 0,5 N och 1,0 N lösningar av kopparsulfat. Skissa "konstgjorda celler"

och beskriva dynamiken i förändringar i deras form.

2. Skaffa en "konstgjord Jacobs-cell". Förbered 200 ml 0,5 N ammoniumkloridlösning och 100 ml 0,5 N natriumhydroxid genom utspädning. Häll natriumhydroxidlösningen i ett glas och dela ammoniumkloridlösningen i två lika delar och häll dem i glas med en kapacitet på 150–200 ml. Använd indikatorpapper och 1,0 N lösningar av saltsyra och natriumhydroxid, justera surheten i lösningen i det första glaset till pH 9,0 och i det andra till pH 7,0.

Ta 3 glasrörsfragment. Lägg en bit polymerfilm på den smälta änden av varje och knyt dem försiktigt med tråd. Tillsätt 5-10 droppar neutral röd lösning till 50 ml vatten och surgör mediet något med 1-2 droppar saltsyra.

Fyll de "konstgjorda Jacobs-cellerna" (fragment av glasrör med membran) med den angivna indikatorlösningen. Placera de "konstgjorda Jacobs-cellerna" i bägare som innehåller lösningar av natriumhydroxid och ammoniumklorid så att dessa medier kommer i kontakt med polymermembranet.

Ammoniak kan diffundera genom den hydrofoba fasen av polymermembranet. Och eftersom dess koncentration inuti den "konstgjorda cellen" är försumbar, överförs NH3-molekyler från lösningen till "cellen" och orsakar alkalisering av innehållet i glasröret, vilket noteras genom att den karmosinröda färgen försvinner. "intracellulärt" innehåll.

Träning. Bestäm den tid som krävs för att den röda färgen på indikatorn ska försvinna i varje variant av experimentet.

1. Varför ökar saltkoncentrationen nära ytan av den "konstgjorda cellen" i en 0,5 N lösning av kopparsulfat?

2. Varför sväller en "konstgjord cell" i en 0,5 N lösning av kopparsulfat, men i en 1,0 N lösning är dess yta stabil?

3. På vilka faktorer beror graden av dissociation av svaga syror och baser?

4. Varför försvinner den neutralröda färgen när man placerar en "konstgjord cell" i en lösning av natriumhydroxid?

5. Varför, när man placerar en "konstgjord cell" i en neutral lösning av ammoniumklorid, sker en förskjutning av pH i det "intracellulära" innehållet till svagt basiska värden?

6. Vad är osmos?

7. Vilka lösningar kallas hypo-, iso- och hypertona?

FENOMEN PLASMOLYS OCH DEPLASMOLYS

VÄXTCELL

Inledande kommentarer. Processen att vatten lämnar en växtcell och kommer in i cellen genom ett semipermeabelt membran kan spåras genom att observera fenomenen plasmolys och deplasmolys. När en cell placeras i en lösning som är hyperton i förhållande till cellsaften uppstår plasmolys - separationen av protoplasten från cellväggen på grund av en minskning av dess volym på grund av frigörandet av vatten från cellen till den externa lösningen . Under plasmolys ändras formen på protoplasten. Inledningsvis släpar protoplasten efter cellväggen endast på vissa ställen, oftast i hörnen. Plasmolys av denna form kallas kantig. Med ökande varaktighet av inkubation av en växtcell i en hypertonisk lösning observeras följande form av plasmolys - konkav plasmolys. Det kännetecknas av bevarandet av kontakter mellan protoplasten och cellväggen på separata platser, mellan vilka protoplastens separerade ytor får en konkav form. Gradvis bryter protoplasten bort från cellväggarna över hela ytan och får en rundad form. Denna typ av plasmolys kallas konvex plasmolys.

Efter att ha ersatt den externa lösningen med rent vatten börjar den senare rinna in i cellen. Protoplastens volym ökar och deplasmolys sker. Efter dess fullbordande fyller protoplasten återigen hela volymen av cellen.

Målet med arbetet. Bevisa, baserat på fenomenen plasmolys och deplasmolys, att en växtcell är ett osmotiskt system.

Material och utrustning: mikroskop, objektglas och täckglas, säkerhetsrakblad, dissekeringsnål, pincett, 1 M sackaroslösning, filterpapper, löklök.

Från den konvexa sidan av ytan av lökfjällen, vars celler är färgade lila på grund av närvaron av antocyaniner i vakuolerna, avlägsnas epidermis med en dissekerande nål, placeras i en droppe vatten på en glasskiva, täckt med ett täckglas och undersökt i mikroskop. Byt sedan ut vattnet mot en 1 M sackaroslösning. För att göra detta, applicera en stor droppe lösning på ett objektglas bredvid täckglaset och sug ut vattnet med en bit filterpapper, placera det på andra sidan av täckglaset. Upprepa denna teknik 2-3 gånger tills vattnet är helt ersatt med lösningen. Preparatet undersöks i mikroskop. En gradvis fördröjning av protoplasten från cellväggarna detekteras, först i hörnen och sedan längs hela väggens yta. Så småningom separeras protoplasten helt från cellväggen och får en rundad form.

Använd sedan metoden som beskrivs ovan och ersätt sedan 1 M sackaroslösningen med vatten. Vatten kommer in i cellen, vilket leder till en ökning av volymen av protoplasten, som gradvis tar sin tidigare position. Cellen återgår till sitt ursprungliga tillstånd.

Träning. Rita de observerade formerna av plasmolys, såväl som stadierna av deplasmolys. Formulera slutsatser.

1. Vilka strukturella egenskaper hos en växtcell ger den egenskaperna hos ett osmotiskt system?

2. Vad är plasmolys? Beskriv de huvudsakliga formerna av plasmolys.

3. Vad är deplasmolys? Under vilka förhållanden observeras det?

BESTÄMNING AV OSMOTISKT TRYCK

CELL JUICE PLASMOLYTIK

MED METOD

Inledande kommentarer. När två lösningar som innehåller olika mängder lösta ämnen kommer i kontakt, på grund av den inneboende termiska rörelsen av molekyler, uppstår ömsesidig diffusion, vilket leder till utjämning av koncentrationen av lösta ämnen i hela volymen, vilket är ekvivalent med situationen för att blanda vätskor. Om dessa lösningar är separerade av ett semipermeabelt membran som håller kvar molekyler av lösta ämnen, kommer endast lösningsmedelsmolekyler (vatten) att passera genom lösningarnas kontaktgräns. Dessutom uppstår ett enkelriktat flöde av vatten genom membranet (osmos). Det tryck som måste appliceras på en av systemets lösningar för att förhindra att lösningsmedlet kommer in i det kallas osmotiskt tryck. En lösnings osmotiska tryck är direkt proportionell mot dess koncentration och absoluta temperatur. Van't Hoff fastställde att det osmotiska trycket för utspädda lösningar följer gaslagarna och kan beräknas med formeln:

där R är gaskonstanten (0,0821); Т – absolut temperatur (273 оС + t оС) för lösningen; C är koncentrationen av det lösta ämnet i mol; i – isotonisk koefficient.

Värdet på den isotoniska koefficienten bestäms av egenskaperna hos ämnets upplösningsprocesser. För icke-elektrolyter (till exempel för sackaros) är i lika med 1. För elektrolytlösningar beror värdet på i på antalet joner i vilka molekylen bryts upp och på graden av dissociation. Värdena på i för NaCl-lösningar anges i tabellen.

Värden för den isotoniska koefficienten för natriumkloridlösningar Koncentration av NaCl Värde i Värdet på cellsavens osmotiska tryck uttrycker förmågan hos en växtcell att "absorbera" vatten och indikerar möjligheten för växttillväxt på jordar med olika vatten- hålla styrka. Samtidigt är en ökning av det osmotiska trycket av cellsav under torka ett kriterium för växtuttorkning och behovet av vattning.

Den plasmolytiska metoden för att bestämma det osmotiska trycket av cellulärt innehåll är baserad på det faktum att det osmotiska trycket hos lösningar, som bestämmer vattnets rörelse genom membranet, kan skapas av olika ämnen (osmolytika). För att bestämma cellsavens osmotiska tryck krävs därför inte kunskap om dess kvalitativa sammansättning och koncentration av enskilda ämnen, men man bör hitta koncentrationen av ett ämne i den externa lösningen där det inte kommer att finnas någon rörelse av vatten genom plasmalemma i frånvaro av turgor och plasmolys. För att göra detta nedsänks delar av vävnaden som studeras i en serie lösningar med kända koncentrationer, och sedan undersöks de under ett mikroskop. Baserat på det faktum att endast hypertona lösningar kan orsaka plasmolys, hittas den svagaste av dem, där endast initial plasmolys detekteras i enskilda celler. Följande mer utspädda lösning kommer inte att plasmolysera cellerna.

Följaktligen kommer koncentrationen av en isoton lösning för dessa celler att vara lika (med en viss grad av fel) med det aritmetiska medelvärdet mellan koncentrationerna av närliggande lösningar.

För enkelhetens skull utförs arbetet med vävnader vars celler innehåller antocyaniner i cellsaven: överhuden av blålökfjäll, den nedre överhuden av ett tradescantia-blad. Lösningar av sackaros eller NaCl används som ett plasmolytikum.

Material och utrustning: mikroskop, objektglas och täckglas, säkerhetsrakblad, dissekeringsnål, lösningar av 1 M NaCl och 1 M sackaros, tradescantia-blad eller blålökslökar.

Använd 1 M sackaros- eller NaCl-lösning, förbered genom att späda 5 ml lösningar enligt tabellen.

Efter att ha blandat lösningarna noggrant, häll dem i glasflaskor eller deglar, där du placerar 2-3 sektioner av vävnaden som testas i 30 minuter.

I det här fallet är det nödvändigt att se till att sektionerna inte flyter på ytan, utan är nedsänkta i vätska (om sektionen flyter ska den "dränkas" med en dissekeringsnål). Täck flaskorna med lock eller glasskiva för att förhindra avdunstning.

Efter att den angivna inkubationstiden har passerat, undersök sektionerna under ett mikroskop i en droppe av lämplig lösning (inte i vatten!) i samma sekvens som de nedsänktes i lösningarna. Glasstaven eller pipetten med vilken lösningen applicerades på objektglasen måste sköljas noggrant med destillerat vatten efter varje lösning och torkas av med en servett eller filterpapper.

Träning. Bestäm förekomsten av plasmolys och dess grad i vävnaden som studeras. Graden av plasmolys uttrycks av begreppen: "stark", "svag", "initial", "brist på plasmolys". Skriv in resultaten i tabellen.

Grad av plasmolys Isotonisk koncentration, M Osmotiskt tryck av cellsav i atm och kPa Fastställ den isotoniska koncentrationen av natriumklorid, d.v.s. NaCl-innehållet som skapar ett osmotiskt tryck som liknar cellsav i vävnaden som studeras. Beräkna det osmotiska trycket med hjälp av ekvation (1). Med hjälp av koefficienten 101,3, beräkna det osmotiska trycket i kPa.

1. Vad är osmotiskt tryck?

2. Hur beräknas det osmotiska trycket?

3. Vad beror värdet på den isotoniska koefficienten på?

4. Kriteriet för vilken process är en ökning av cellsavens osmotiska tryck?

2. EGENSKAPER HOS CELLMEMBRANER

Den viktigaste egenskapen hos cellmembran är selektiv permeabilitet. Det yttre cytoplasmatiska membranet, som separerar cellen från miljön, kontrollerar transporten av ämnen mellan cellen och det fria utrymmet. Intracellulära membran ger, på grund av sin inneboende selektiva permeabilitet, en kompartmentaliseringsfunktion som gör att cellen och organellerna kan behålla de nödvändiga enzymerna och metaboliterna i små volymer, skapa en heterogen fysikalisk-kemisk mikromiljö och utföra olika, ibland motsatt riktade, biokemiska reaktioner på olika sidorna av membranet.

Cellmembranens permeabilitet för olika ämnen kan vara ett kriterium för cellviabilitet. Selektiv permeabilitet hos membranet bibehålls så länge som cellen förblir vid liv.

STUDERA SELEKTIV PERMEABILITET

PLANTCELL PLASMALEMMAS

Inledande kommentarer. Plasmomembranets permeabilitet för olika substanser kan jämföras på basis av enkla observationer som karakteriserar plasmolysens varaktighet i växtceller belägna i hypertona lösningar av substanserna som studeras. Vid en tillräckligt låg permeabilitet av plasmalemma för ett löst ämne eller en fullständig frånvaro av dess molekylers förmåga att fritt diffundera in i växtcellen, kommer ihållande plasmolys att inträffa, där plasmolyserade celler kan förbli i oförändrat tillstånd under en länge sedan. Men om det lösta ämnets molekyler passerar genom membranet, men långsammare än vattenmolekylerna, så är plasmolysen som börjar tillfällig och försvinner snart. Som ett resultat av den gradvisa penetrationen av det lösta ämnet in i cellen kommer vattenflödet från den externa lösningen längs koncentrationsgradienten att observeras, vilket i slutändan kommer att få cellen att övergå till ett deplasmolyserat tillstånd.

Målet med arbetet. Jämför permeabiliteten hos cellmembran med olika ämnen baserat på observation av ihållande och tillfällig plasmolys.

Material och utrustning: mikroskop, objektglas och täckglas, säkerhetsrakblad, dissekeringsnål, pincett, 1 M sackaroslösning, 1 M urealösning, 1 M glycerinlösning, filterpapper, löklök.

En droppe lösning appliceras på tre objektsteler: på en - en 1 M sackaroslösning, på den andra - en 1 M lösning av urea, på den tredje - en 1 M lösning av glycerol. Ett fragment av den färgade lökens epidermis placeras i varje droppe, täcks med täckglas och undersöks i mikroskop. Hitta områden där plasmolyserade celler är tydligt synliga. Tidpunkten för början av plasmolys noteras - början av observation. Låt preparaten stå i 10–30 minuter och undersök dem sedan igen i mikroskop. I en lösning av sackaros observeras ihållande plasmolys, och i lösningar av urea och glycerol - tillfällig. Anledningen till deplasmolys i de två sista lösningarna är plasmamembranets permeabilitet för urea och glycerolmolekyler.

Träning. Genomför en studie av egenskaperna hos plasmolys av växtceller i lösningar av olika ämnen. Anteckna observationsresultaten i tabellen och notera graden av plasmolys var 10:e minut efter observationsstarten. Baserat på analysen av de experimentella resultaten, identifiera skillnader i varaktigheten av bevarandet av det plasmolyserade tillståndet orsakat av olika osmolytika, och dra en slutsats om plasmalemmas relativa permeabilitet för de ämnen som studeras.

Löst anmärkning: +++ – stark plasmolys, ++ – måttlig plasmolys, + – svag plasmolys.

1. Vad är selektiv permeabilitet för cellmembran?

2. Vilka ämnen tränger lättare in i cellmembranen?

3. Hur kan egenskapen selektiv permeabilitet användas för att bestämma livsdugligheten hos en växtcell?

STUDERA DIFUSIONEN AV NEUTRAL

RÖTT GENOM PLASMALEMMA

VÄXTCELL

Inledande kommentarer. Plasmamembranet isolerar intracellulärt innehåll från den yttre miljön. Utbytet av ämnen mellan det intracellulära innehållet och miljön som omger cellen sker genom deras transport genom membranet. Lipiddubbelskiktet är en barriär för rörelse av ämnen. De flesta exogena fysiologiskt signifikanta substanser kommer in i cellen som ett resultat av funktionen hos passiva och aktiva transportsystem på plasmalemma. Men enkel passiv diffusion genom lipiddubbelskiktet, som är en hydrofob fas, är också möjlig.

De grundläggande mönstren för diffusion av ämnen genom lipiddubbelskiktet etablerades i slutet av 1800-talet och början av 1900-talet, d.v.s. under den tidsperiod då biomembran endast förblev hypotetiska strukturer av cellen. Det är det faktum att hydrofoba ämnen tränger in i cellen bättre än hydrofila som låg till grund för forskarnas antagande om förekomsten av lipider i membranet.

Processen för diffusion av ämnen genom ett membran följer Ficks första lag, vars matematiska uttryck, som tillämpat på ett membran, beskrivs med formeln:

där Pi är meför ämne i; CII och CII är koncentrationerna av ämne i på båda sidor av membranet.

Svaga syror och baser kännetecknas av att graden av jonisering av deras molekyler i utspädda lösningar beror på pH (se Laboratoriearbete 1, formel (2)). Detta innebär att dissociationsgraden för svaga elektrolytmolekyler inom området för pH-värden som är numeriskt lika med pKa är 50%. När pH sjunker med ett kommer mer än 90 % av de svaga basmolekylerna att joniseras, och när pH ökar med samma mängd kommer mindre än 10 % att joniseras.

Redan under 1900-talets första hälft visades det att elektriskt neutrala, icke-joniserade molekyler av svaga elektrolyter penetrerar ganska bra genom plasmamembranet in i växtceller, medan membranet visar sig vara praktiskt taget ogenomträngligt för motsvarande joner. Till exempel skiljer sig permeabilitetskoefficienterna för plasmalemma för ammoniak och ammoniumjon mer än 100 gånger. Således ändras pH-värdena med endast 1–2 enheter. leder till en mer än 10-faldig förändring av koncentrationen av de former av ämnesmolekyler som transporteras genom membranet.

Bland svaga elektrolyter är syra-basindikatorer av särskilt intresse, eftersom molekylerna av dessa ämnen kännetecknas av en förändring i deras optiska egenskaper vid jonisering. Dessutom, på grund av den karakteristiska färgen på lösningar av dessa föreningar, är det ganska lätt att bestämma deras innehåll kolorimetriskt. Neutralröd (NR) är en svag bas. Joniserade NA-molekyler (vid pH 6,8 och lägre) färgar lösningar med en intensiv crimson färg. När pH ökar från 6,8 till 8,0 sker en gradvis förändring i färg till blekgul på grund av en minskning av graden av dissociation av NA-molekyler. I alkaliska lösningar dominerar elektriskt oinfekterade NA-molekyler, som transporteras väl genom plasmamembranets lipiddubbelskikt, och i sura lösningar dominerar NA-joner, som är svagt permeabla för membranet.

NA-molekyler som kommer in i cellen genom plasmalemma kan diffundera genom andra cellmembran, men efter att ha penetrerat inuti vakuolen (det sura utrymmet i en växtcell), joniseras NA-molekyler, vilket färgar innehållet i vakuolen crimson. I det här fallet visar sig NK-joner vara "stängda" i vakuolens utrymme, det vill säga de tenderar att ackumuleras.

Målet med arbetet. Att studera diffusionsmönstren för neutralt rött genom plasmalemma av en växtcell Material och utrustning: sax, vattenhaltig-alkohollösning av neutralt rött, decinormala lösningar av natriumhydroxid och saltsyra, universalindikatorpapper, petriskålar, mikroskop, stoppur , Nitella flexilis algkultur.

Tillsätt 5 droppar neutral röd lösning till 100 ml vatten.

Häll denna lösning lika i 4 petriskålar. Genom att kontrollera surheten i innehållet i petriskålarna med universalindikatorpapper med HCl- och NaOH-lösningar, bringa surheten i den första petriskålen till pH 9,0, i den andra till pH 8,0, i den tredje till pH 7,0, i den fjärde till pH pH 5,0. Märk petriskålarna.

Använd en sax och ta försiktigt bort 8–12 alginternoder från Nitella flexilis thallus. Genom att undersöka internoderna under ett mikroskop, se till att de förberedda cellerna är inhemska: levande, oskadade celler behåller kontinuerliga rader av kloroplaster placerade parallellt med ljuslinjen; dessutom observeras intensiv rörelse av cytoplasman - cyklos.

Placera 2-3 celler av alger internoder i petriskålar.

Starta stoppuret.

Träning. Bestäm den tid som krävs för att färga algcellerna i varje experiment. För att göra detta, efter 5 minuter, jämför cellerna i internoderna av algerna i var och en av varianterna efter färgintensitet. Upprepa operationen efter 10, 20, 30 minuter. Anteckna observationsresultaten i tabellen. Dra slutsatser om svaga basformer som diffunderar genom membranet.

Mediets pH-värde Obs: +++ – intensiv färg, ++ – medium färg, + – svag färg, – ingen färg.

1. På vilka faktorer beror graden av dissociation av svaga syror och baser?

2. Varför är biomembran mer genomsläppliga för odissocierade former av svaga elektrolyter?

3. Under vilka förhållanden observeras ansamlingen av en svag elektrolyt i cellen?

FÖRÄNDRING I PERMEABILITETEN FÖR TONOPLAST

OCH PLASMALEMMAS FÖR BETACYANIN UNDER

VERKSAMHET AV FYSIKALISKA OCH KEMISKA

FAKTORER

Inledande kommentarer. Cellmembranens selektiva permeabilitet förändras under påverkan av olika faktorer. Eventuella ämnens eller tillstånds inverkan på membranpermeabiliteten kan bestämmas genom att mäta frisättningen av olika metaboliter från cellen.

Betacyanin, betpigmentet, är en relativt stor, mycket vattenlöslig molekyl som finns i cellsav.

För att komma in i den yttre miljön måste betacyaninmolekylen passera genom tonoplasten, den huvudsakliga cytoplasmatiska matrisen och plasmalemma. Tonoplaster av levande celler är ogenomträngliga för molekyler av detta pigment. Diffusion av betacyanin från vakuolen in i mediet kan ske ganska snabbt under inverkan av olika faktorer eller medel som orsakar en ökning av membranpermeabiliteten. Genom att mäta inkubationsmediets optiska densitet efter en viss tidsperiod är det möjligt att bedöma graden av påverkan av en viss faktor på membranens permeabilitet.

Målet med arbetet. Bestäm effekten av temperatur, såväl som syror och alkoholer på permeabiliteten av cellmembran för betacyanin genom dess frisättning i den externa lösningen.

Material och utrustning: destillerat vatten, 30 % ättiksyralösning, 50 % etanollösning, filterpapper, provrör, provrörsställ, vattenbad, spektrofotometer eller fotokolorimeter, rödbetor.

Efter att den integumentära vävnaden har avlägsnats skärs betroten i kuber (kubsidan 5 mm) och tvättas noggrant med vatten i 5–10 minuter för att avlägsna pigmentet som frigörs från de skadade cellerna.

Därefter placeras de ett i taget i vart och ett av 4 provrör, i vilka 5 ml av olika medier hälls i enlighet med experimentschemat: destillerat vatten (2 provrör), lösningar av ättiksyra och etanol.

Det första provröret med destillerat vatten lämnas i ett stativ och innehållet i det andra värms i ett vattenbad i 2–3 minuter. Efter 30 minuter skakas alla provrör kraftigt, betkuberna avlägsnas och färgintensiteten på lösningarna bestäms med hjälp av en fotokolorimeter med ett grönt ljusfilter eller en spektrofotometer = 535 nm.

Optisk densitet för lösningen, Färgintensitet, Experimentellt alternativ Tilldelning. Gör din forskning. Ange resultaten av optiska densitetsmätningar i tabellen. Identifiera skillnader i tonoplastens och plasmamembranets permeabilitet för betacyanin i rödbetsrotceller som exponeras för olika faktorer, och dra en slutsats om orsakerna till dessa skillnader.

1. Vilken betydelse har cellmembranens selektiva permeabilitet?

2. Vad beror växtcellmembranens selektiva permeabilitet på?

3. EGENSKAPER HOS CYTOPLASMA

Huvudvolymen av cytoplasma som fyller utrymmet mellan cellulära organeller kallas cytosol. Andelen vatten i cytosolen är cirka 90 %. Nästan alla huvudbiomolekyler finns i löst form i cytosolen. Sanna lösningar bildar joner och små molekyler (alkali- och jordalkalimetallsalter, sockerarter, aminosyror, fettsyror, nukleotider och lösta gaser). Stora molekyler, som proteiner, bildar kolloidala lösningar. En kolloidal lösning kan vara en sol (icke-viskös) eller en gel (viskös). Intensiteten hos de flesta intracellulära processer beror på cytosolens viskositet.

Den viktigaste egenskapen hos cytoplasman är dess aktiva rörelse.

Detta är en karakteristisk egenskap hos en levande växtcell, en indikator på aktiviteten hos dess vitala processer. Cytoplasmans rörelse säkerställer intracellulär och intercellulär transport av ämnen, rörelse av organeller i cellen och spelar en viktig roll i irritabilitetsreaktioner. Element i cytoskelettet - mikrofilament och mikrotubuli - deltar i dess genomförande. Energikällan för denna rörelse är ATP. Cytoplasmatisk rörelse (cyklos) är en av de mest känsliga indikatorerna på cellviabilitet. Många till och med mindre influenser stoppar eller tvärtom accelererar den.

PÅVERKAN AV KALIUM OCH KALCIUMJONER

VÄXTCELLENS CYTOPLASM VISKOSITET

Inledande kommentarer. Individuella katjoner kan signifikant förändra cytoplasmans viskositet. Det har fastställts att kaliumjoner bidrar till en ökning av dess vattenhalt och en minskning av viskositeten. Cytoplasmans lägre viskositet gynnar förloppet av syntetiska processer och intracellulär transport av ämnen, men minskar motståndet hos växtceller mot ogynnsamma yttre förhållanden. Till skillnad från kalium ökar kalcium cytoplasmans viskositet. Med högre cytosolviskositet sker fysiologiska processer långsammare, vilket ökar cellens motståndskraft mot ogynnsamma miljöförhållanden.

Förändringar i cytoplasmans viskositet under påverkan av kalium- och kalciumjoner kan bedömas av formen av plasmolys i celler i hypertona lösningar av deras salter. När växtceller inkuberas under lång tid i lösningar som innehåller kaliumjoner observeras cap-plasmolys. I detta fall passerar kaliumjoner genom plasmalemma in i cytoplasman, men penetrerar ganska långsamt genom tonoplasten in i vakuolen. Som ett resultat av svullnad av cytoplasman antar protoplasten en konvex form, som endast separeras från de tvärgående sektionerna av cellväggarna, från vilka bildandet av så kallade "kapslar" observeras. Ökningen av cytoplasmatisk viskositet orsakad av kalcium är lätt att upptäcka genom att observera förändringen i formen av den plasmolyserande protoplasten: om plasmolytikumet innehåller kalcium, övergår konkav plasmolys ofta till en konvulsiv form.

Målet med arbetet. Att studera karaktären av påverkan av kalium- och kalciumjoner på viskositeten i cytoplasman i en växtcell baserat på observationer av cap och konvulsiv plasmolys.

Material och utrustning: mikroskop, objektglas och täckglas, säkerhetsrakblad, dissekeringsnål, pincett, 1 M KNO3-lösning, 1 M Ca(NO3)2-lösning, filterpapper, löklök.

En droppe 1 M kaliumnitratlösning placeras på en glasskiva och en 1 M kalciumnitratlösning placeras på den andra. En bit lökepidermis, avlägsnad från den konkava ytan av samma lökskala, placeras i båda dropparna och täcks med täckglas. Efter 30 minuter undersöks preparaten i mikroskop i de lösningar i vilka de fanns. Fenomenet plasmolys observeras. I vissa epidermala celler som hålls i en KNO3-lösning bildar cytoplasman "lock" på sidan av de tvärgående cellväggarna, vars utseende beror på en ökning av hydreringen av cytosolen under påverkan av kaliumjoner. Kalciumjoner ökar tvärtom cytoplasmans viskositet, ökar dess vidhäftningskrafter till cellväggen och protoplasten antar oregelbundna former som är karakteristiska för konvulsiv plasmolys.

Träning. Rita de observerade formerna av plasmolys. Avslöja beroendet av formen av plasmolys på cytoplasmans viskositet i närvaro av kalium- och kalciumjoner.

1. Hur påverkar kalium- och kalciumjoner cytoplasmans viskositet?

2. Under vilka förhållanden observeras konvulsiv plasmolys?

3. Vad orsakar bildandet av "lock" som ett resultat av inkubation av celler i en KNO3-lösning?

OBSERVATION AV CYTOPLASMA RÖRELSE

VÄXTCELLER OCH MÄTNING AV DESS

FART

Inledande kommentarer. Det mest bekväma för att observera cytoplasmans rörelse är stora växtceller med stora vakuoler (celler av internoder av karofytalger, marina sifongröna alger, celler av löv av vattenväxter Elodea, Vallisneria, etc.). Det finns flera typer av cytoplasmatisk rörelse. Det vanligaste är oscillerande rörelser. Det anses vara det minst ordnade, eftersom i detta fall vissa partiklar är i vila, andra glider till periferin och andra till mitten av cellen. Rörelsen är instabil och slumpmässig. Cirkulationsrörelse är karakteristisk för celler som har cytoplasmatiska sladdar som korsar den centrala vakuolen. Rörelseriktningen och hastigheten för partiklar som finns inuti eller på ytan av det cytoplasmatiska lagret, såväl som i de cytoplasmatiska lagren, är inte konstanta. Under rotationsrörelse rör sig cytoplasman endast i cellens periferi och rör sig som en drivrem. Rörelse av denna typ, i motsats till cirkulation, har en mer eller mindre konstant och ordnad karaktär och är därför lämplig för kvantitativa studier. Utöver ovanstående finns även cytoplasmatiska rörelser, såsom forsande och skyttelrörelser. Typerna av rörelser skiljer sig från varandra villkorligt och i samma cell kan de flytta från en till en annan.

Cytoplasmans rörelse kan karakteriseras genom att bestämma dess hastighet, vilket inte bara beror på drivkraften utan också på cytoplasmans viskositet. Cytoplasmans rörelsehastighet kan mätas under ett mikroskop genom att observera rörelsen av dess partiklar.

Målet med arbetet. Bekanta dig med den roterande typen av cytoplasmatisk rörelse och mät dess hastighet i olika växtobjekt.

Material och utrustning: mikroskop, objektglas och täckglas, säkerhetsrakblad, dissekeringsnål, konstgjord dammvattenlösning, Vallisneria-blad, internodala nitellaceller.

En liten bit skärs av från Vallisneria-bladet med en vass rakkniv, försöker skada bladet så lite som möjligt, lägg det i en vattendroppe på en glasskiva och undersök det i mikroskop, först vid låg, sedan kl. hög förstoring. Det rekommenderas inte att göra sektioner från bladet, eftersom cellerna är allvarligt skadade och rörelsen i dem stoppar. Cytoplasmans rörelse kan lätt observeras genom att alla kloroplaster förflyttas i en riktning längs cellväggen. Denna rörelse kallas roterande.

För att observera cyklos i Nitella-celler placeras förberedda celler i speciella kammare, som är fyllda med en lösning av konstgjort dammvatten. Alla karofytalger uppvisar också en roterande typ av cytoplasmatisk rörelse, men kloroplasterna i dessa celler är orörliga. Direkt intill cellulosamembranet finns ett tätt och orörligt lager av cytoplasma, kallat ektoplasma. I detta lager är kromatoforer fixerade, som bildar ett lager av tätt intilliggande regelbundna längsgående rader. Mellan vakuolen och ektoplasmaskiktet finns ett internt flytande rörligt skikt av cytoplasma, den så kallade endoplasman. Dess intensiva rörelse kan observeras genom rörelsen av organeller som är mindre än kloroplaster - små färglösa inneslutningar suspenderade i cytoplasman.

För att bestämma cytoplasmans rörelsehastighet, använd ett stoppur och en okularlinjal placerad i okularet på mikroskopet. Med hjälp av ett stoppur räknas tiden under vilken en kloroplast eller annan rörlig partikel passerar avståndet mellan två utvalda delar av ögonlinjalen. Sådana mätningar i samma cell utförs 3–5 gånger. För att beräkna cytoplasmans rörelsehastighet mäts okulär linjals divisionsvärde. För att göra detta placeras en objektmikrometer på mikroskopbordet, som undersöks genom en okulär mikrometer. Fixa den valda linsen på objektmikrometerns delningar och räkna antalet delningar av objektmikrometern. Priset på okulära mikrometerdivisioner beräknas med formeln där N är priset på okulära mikrometerdivisioner; 10 µm – mikrometer divisionspris; b – antalet avdelningar av okularmikrometern som passar in i (a) avdelningar av objektmikrometern.

Partikelrörelsens hastighet är förhållandet mellan avståndet i mikrometer och antalet sekunder under vilket en rörlig partikel färdas detta avstånd (μm/s).

Träning. Bestäm hastigheten för cytoplasmatisk rörelse i cellerna i vattenväxter. Ange mätresultaten i tabellen. Gör schematiska ritningar av cellerna i föremålen som betraktas och använd pilar för att indikera cytoplasmans rörelseriktning, jämför cyklosens natur och hastighet.

Objekt Typ av rörelse Avstånd Partikelns färdtid, s Cykloshastighet, 1. Vad är cytosol?

2. Hur beror formen av plasmolys på viskositeten i växtcellernas cytoplasma?

3. Vilken är den biologiska betydelsen av cytoplasmans rörelse?

4. Vilka är huvudtyperna av cytoplasmatisk rörelse?

5. Vad bestämmer hastigheten på cytoplasmatisk rörelse?

Från författarna……………………………………………………………….

1. VÄXTCELL SOM OSMOTISK

SYSTEMET………………………………………………………….

Laboratoriearbete Modeller av växtceller…………………………………………... Laboratoriearbete Fenomenet plasmolys och deplasmolys av en växtcell..……. Laboratoriearbete Bestämning av cellsavens osmotiska tryck med den plasmolytiska metoden……………………………………………….……………. 2. EGENSKAPER HOS CELLMEMBRANER………..………………..

Laboratoriearbete Studie av den selektiva permeabiliteten av plasmalemma i en växtcell………………….……………………………………….. Laboratoriearbete Studie av diffusion av neutralt rött genom plasmalemma Laboratoriearbete Förändringar i tonoplastens och plasmalemmas permeabilitet för betacyanin under påverkan av fysikaliska och kemiska faktorer... 3. EGENSKAPER HOS CYTOPLASMA…………………………………... Laboratoriearbete Kalium- och kalciumjonernas inverkan på viskositeten hos cytoplasman i en växtcell………………………………………… ..…………………………. Laboratoriearbete Att observera rörelsen av växtcellers cytoplasma och mäta dess hastighet……………………………………………………………….

VÄXTCELLSFYSIOLOGI

Workshop "Plant Physiology"

för studenter vid Biologiska fakulteten Ansvarig för numret A.P. Kudryashov Undertecknad för publicering den 31 augusti 2009. Format 6084/16. Offset papper.

Times typsnitt. Villkorlig ugn l. 1,63. Akademisk red. l. 1,62. Upplaga 50 ex. Zach.

Belarusian State University 220030, Minsk, Independence Avenue, 4.

Tryckt från kundens originallayout med kopieringsutrustning från Belarusian State University.

Liknande verk:

"RYSSLANDS HÄLSOMINISTERIE Statlig budgetutbildningsinstitution för högre yrkesutbildning IRKUTSK STATE MEDICINAL UNIVERSITY (GBOU HPE IGMU vid Rysslands hälsoministerium) Kurs i sjukgymnastik och idrottsmedicin AKADEMISKA DISCIPLINER FYSIKALTERAPI OCH MEDICINSK KONTROLLMETODOLOGISK REKOMMENDATION KLASSISK REKOMMENDATION FÖR REKOMMENDATION FÖR Sjukgymnastik och idrottsmedicin STUDENTERS specialitet: 060103 (040200) – Pediatrik ( PED), årskurs 5 LEKTIONSÄMNE: Träningsterapi I SYSTEMET FÖR MEDICINSK REHABILITERING. GRUNDERNA..."

"UNIVERSITY Department of Life Safety, Anatomy and Physiology FYSIOLOGY (PHYSIOLOGY OF HUMAN AND Animals) Utbildnings- och metodkomplex För studenter som studerar inom specialiteten 020201 Biologi Gorno-Altaisk RIO Gorno-Altaisk State University 2008 Publicerad genom beslut av Gornos metodråd -Altaisk State University...”

"Recensenter: Doktor i biologiska vetenskaper, professor Valery Petrovich Panov - Moskvas jordbruksakademi; Doktor i jordbruksvetenskap, professor Nikolai Vasilievich Gruzdev - Chef. Institutionen för privat husdjursvetenskap vid RUDN-universitetet. Blokhin G.I. et al., K64 Cynology. Lärobok för universitet / G. I. Blokhin, M. Yu. Gladkikh, A. A. Ivanov, B. R. Ovsishcher, M. V. Sidorova - M.: OOO Publishing House Scriptorium 2000, 2001. - 432 s. med sjuka. Läroboken innehåller information om hundars anatomi, fysiologi, utfodring, underhåll, avel och genetik...."

"KAZAN FEDERAL (VOLGA REGION) UNIVERSITY Fakulteten för biologi och jordarter Institutionen för människors och djurs fysiologi PRAKTIK OM FYSIKALISKA OCH KEMISKA METODER I BIOLOGI Utbildnings- och metodhandbok Yakovleva O.V., Sitdikova G.F., Yakovlev A.V. Kazan-2010 1 Publicerad genom beslut av utbildnings- och metodrådet vid fakulteten för biologi och markvetenskap av KF(P)U protokoll nr från möte med institutionen för människors och djurs fysiologi nr från granskare: Yakovleva O.V., Sitdikova G.F., Yakovlev A.V. Workshop om fysikaliska och kemiska metoder...”

“New Arrivals Bulletin (november 2008) 1. SOCIAL VETENSKAP 1.1. Filosofi. Psykologi. Logik 1. Yu9ya7 Bogomolova, N. N. Masskommunikationens socialpsykologi: lärobok. poB 74 manual för universitet / N. N. Bogomolova. - M.: Aspect Press, 2008. - 191 sid. a - 1; h/zo - 1; 2. Yuya7 Introduktion till filosofi: lärobok. manual för universitet / I. T. Frolov [etc.]. - 4:e B 24:e uppl., reviderad. och ytterligare - M.: Kulturrevolutionen, 2007. - 623 sid. student - 1; 3. Yu Goldobina, L. A. Samhället som en speciell sorts varelse:...”

”VITRYSSISKA STATENS UNIVERSITET BIOLOGISKA FAKULTETET Institutionen för botanik GRUNDLÄGGANDE FÖR BOTANIK Riktlinjer för laboratoriekurser för 1:a års heltidsstudenter av specialiteter 1-31 01 02 Biokemi; 1-31 01 03 Mikrobiologi MINSK 2013 UDC 581.4 (077) BBK 28.56 r.ya73 O-75 Sammanställt av: T. A. Sautkina, V. D. Poliksenova, A. K. Khramtsov , V. N. Ref. Akhomi the Council of Belarty of usian State University den 27 februari 2013...”

"VITRYSSISKA STATE UNIVERSITY BIOLOGISKA FAKULTETET Institutionen för human- och djurfysiologi UTVECKLING AV HÖGRE VERTEBRATES: FÅGLAR Riktlinjer för kursen Biologi för individuell utveckling för studenter vid Biologiska fakulteten specialitet 1-31 01 01 Biologi MINSK 2007 2007 UDC 6 701Ks. och kompilatorer: G. T. Maslova, A.V. Sidorov Rekommenderad av Biologiska fakultetens akademiska råd 7 december 2007, protokoll nr 5 Granskare: kandidat för biologiska vetenskaper, docent C...."

"Statlig budgetutbildningsinstitution för högre yrkesutbildning Irkutsk State Medical University vid Ryska federationens hälsoministerium Kardiovaskulära systemet: anatomiska och fysiologiska egenskaper, forskningsmetoder och semiotik för de viktigaste lesionerna Utbildnings- och metodhandbok Irkutsk IGMU 2012 1 UDC BBK 57.319ya73 C 32 Rekommenderas av Federal Migration Service vid Pediatric Faculty State Budgetary Educational Educational Institute of Higher Professional Education IGMU vid Rysslands hälsoministerium som... "HÄLSA OCH SOCIAL UTVECKLING I RYSKA FEDERATIONEN (GBOU HPE VOLGGMU OF THE MINISTRY OF HEALTH) OCH SOCIAL UTVECKLING AV RYSSLAND) Jag godkänner _ chef. Institutionen för patologisk fysiologi, doktor i medicinska vetenskaper, professor L.N. Rogova METODOLOGISK UTVECKLING för studenter att genomföra praktiska lektioner i disciplinen Patofysiologi, patofysiologi av huvud och nacke i specialiteten...”

"Federal Agency for Education Statlig utbildningsinstitution för högre yrkesutbildning GORNO-ALTAI STATE UNIVERSITY Institutionen för livssäkerhet, anatomi och fysiologi HUMAN Utbildnings- och metodkomplex För studenter som studerar inom specialiteten 020201 Biologi Gorno-Altaisk RIO Gorno-Altaisk State University 2009 Publicerad av beslut av metodrådet Gorno-Altai State University UDC 611; 591.4 BBK Författarens..."

"Donetsk State Medical University. M. Gorky Institutionen för medicinsk kemi METODOLOGISKA INSTRUKTIONER för praktiska klasser i medicinsk kemi för förstaårsstudenter vid den internationella medicinska fakulteten. Donetsk - 2011 1 Metodologiska instruktioner utarbetade av: chef. avdelning, docent Rozhdestvensky E.Yu. Docent Sidun M.S., senior lärare Pavlenko V.I., avdelningsassistenter Ignatieva V.V., Boytsova V.E., Busurina Z.A., Streletskaya L.P., Sidorenko L.M. Riktlinjerna har godkänts för...”

"IRKUTSK STATE MEDICAL UNIVERSITY Institutionen för kommunal hygien och hygien för barn och ungdomar HYGIENISKA KRAV PÅ BARNSKOR (pedagogisk och metodologisk handbok för studenter vid den pediatriska fakulteten) Irkutsk, 2010 Hygieniska krav för barns metodisk handbok och PoGgorelova I: Utbildnings- och metodhandbok. ., Popov I.P., Makarova L.I. - Irkutsk: IGMU Publishing House, 2010. Utbildningsmanualen utarbetades under chefens redaktion. Institutionen för professor Ignatieva L.P. Avdelningens personal..."

“VITRYSSISKA STATE UNIVERSITY BIOLOGISKA FAKULTETET Institutionen för human- och djurfysiologi UTVECKLING AV AMPHIBIER Riktlinjer för kursen Biologi för individuell utveckling för studenter vid Biologiska fakulteten specialitet 1-31 01 01 Biologi MINSK 2007 UDC 611.01 BB 611.06 706 och BB. G. T. Maslova, A V. Sidorov Rekommenderad av Biologiska fakultetens akademiska råd 10 april 2007, protokoll nr 7 Granskare: kandidat för biologiska vetenskaper, docent S. V. Glushen..."

"Förse utbildningsprocessen med andra biblioteks- och informationsresurser och medel för att stödja utbildningsprocessen som krävs för genomförandet av utbildningsprogram som ansökts om licensiering Specialitet Författare, namn, utgivningsort, förlag, år Kvantitet Antal exemplar publicerade för studenter som studerar disciplin Allmänmedicin 060101 Obstetrik. för läkarstudenter universitet Savelyeva, Obstetrik 537 432 Shalina, Sichinava, Panina, Kurtser. - M.: GEOTAR-Media, 2009...”

"Pyatigorsk gren av den statliga budgetutbildningsinstitutionen för högre yrkesutbildning Volgograd State Medical University vid Ryska federationens hälsoministerium AVDELNING FÖR BIOLOGISK KEMI OCH MIKROBIOLOGI T.ex. DORKINA ALLMÄN MIKROBIOLOGI. DEL 2 MIKROORGANISMERS FYSIOLOGI Metodologiska instruktioner för självständigt (extracurricular) arbete av 1:a årsstudenter (heltidsstudier) inom disciplinen C2.B.11 - MIKROBIOLOGI Pyatigorsk 2013 1 UDC...”

"FEDERAL AGENCY FOR EDUCATION STATE EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER PROFESSIONAL EDUCATION VORONEZH STATE UNIVERSITY A.T. Eprintsev, V.N. Popov, D.N. Fedorin IDENTIFIKATION OCH STUDIE AV GENEXPRESSION Utbildnings- och metodhandbok för universitet Publicerings- och tryckcentrum vid Voronezh State University 2008 Godkänd av det vetenskapliga och metodologiska rådet vid fakulteten för biologi och markvetenskap den 14 februari 2008, protokoll nr. Biologigranskare Doctor of Biology ...”

"STALIGA UTBILDNINGSINSTITUTET FÖR HÖGRE YRKESUTBILDNING KURSK STATE MEDICINAL UNIVERSITY HÄLSEMINISTERIET I RYSSISKA FEDERATIONEN FAKULTETET FÖR BIOLOGISK KEMI MANUAL FÖR BIOLOGISK-KEMISKA FAKULTETET FÖR BIOLOGISK-KEMISKA FAKULTETET I BIOLOGISK KEMISKA PREPARATIONEN FÖR BIOLOGISK KEMISKA FAKULTET UTICS, KORRESPONDENS AVDELNING KURSK - 2005 UDC: 54 :57 (072) BBK: 24:28 Y7 Publicerad genom beslut av redaktions- och utgivningsrådet för KSMU En manual för självstudier i biologisk kemi...”

"STATSBUDGET UTBILDNINGSINSTITUTET FÖR HÖGRE YRKESUTBILDNING VOLGOGRAD STATE MEDICAL UNIVERSITY VID HÄLSO- OCH SOCIALPOLITIK I RYSSISKA FEDERATIONEN (GBOU VPO VOLGGMU MINISTRY OF HEALTH OF LIUSTIAN RUSSIAN OF HEALTH LIUSSIAN ZFEA RUSSIAN) Jag godkänner huvudet. Institutionen för patologisk fysiologi, doktor i medicinska vetenskaper, professor L. N. Rogova METODISK UTVECKLING för studenter att genomföra praktiska lektioner inom disciplinen Patofysiologi, patofysiologi av huvud och nacke i specialiteten...”

“1 2 N. I. Fedyukovich HUMAN ANATOMY AND FYSIOLOGY Godkänd av Ryska federationens utbildningsministerium som en lärobok för studenter från medicinska skolor som studerar i specialiteten 0406 Omvårdnad Andra upplagan Rostov-on-Don Phoenix 2003 BBK 28.3237 Fedkovich N. I F 32 Människans anatomi och fysiologi: Lärobok. Ed. 2:a. - Rostov n/d: förlag: Phoenix, 2003. - 416 sid. Läroboken täcker frågor om normal mänsklig anatomi och fysiologi, med hänsyn till...”

SEKTION 2

LABORATORIEÖVNINGAR

Laboratoriearbete nr 1

Jämförelse av membranpermeabilitet för levande och döda celler

Träning: identifiera skillnader i membranpermeabilitet hos levande och döda celler och dra slutsatser om orsakerna till dessa skillnader.

Material och utrustning: provrör, provrörsställ, skalpell, spritlampa eller gasbrännare, 30% ättiksyralösning, rödbetor.

Normalt tillvägagångssätt

1. Efter att den integumentära vävnaden har avlägsnats skärs betroten i kuber (kubsidan 5 mm) och tvättas noggrant med vatten för att avlägsna pigmentet som frigörs från de skadade cellerna.

2. Släpp en bit rödbeta i tre provrör. 5 ml vatten hälls i den första och andra, 5 ml av en 30% ättiksyralösning hälls i den tredje. Det första provröret lämnas för kontroll. Innehållet i den andra kokas i 2-3 minuter.

3. Rötcellernas vakuoler innehåller betacyanin, ett pigment som ger färg till rotvävnaden. Tonoplaster av levande celler är ogenomträngliga för molekyler av detta pigment. Efter celldöd förlorar tonoplasten sin semipermeabla egenskap, blir permeabel, pigmentmolekyler lämnar cellerna och färgar vattnet.

I det andra och tredje provröret, där cellerna dödades genom kokning eller syra, blir vattnet färgat, men i det första provröret förblir det ofärgat.

4. Skriv ner resultaten av dina observationer.

Laboratoriearbete nr 2

Turgor, plasmolys och deplasmolys

Träning: studera under ett mikroskop fenomenen turgor, plasmolys och deplasmolys i epidermala celler av blå lök.

Material och utrustning: mikroskop, dissekeringsutrustning, spritlampor, blålök, rödbetor, 30% sockerlösning, 5-8% kaliumnitratlösning.

Normalt tillvägagångssätt

1. Gör en platt sektion av överhuden på en blå lök och lägg den på en glasskiva i en droppe vatten.

2. Täck droppen med ett täckglas och observera cellerna i ett tillstånd av turgor genom ett mikroskop.

3. Ta en droppe 30 % sockerlösning och lägg den bredvid täckglaset.

4. Rör vid filterpapperet i den motsatta änden av täckglaset, byt ut vattnet i beredningen med en sockerlösning.

5. Titta under mikroskop igen. Om plasmolys ännu inte märks, upprepa ersätt vattnet med en sockerlösning.

Under ett mikroskop kommer plasmolys i levande epidermala celler att vara tydligt synlig.

6. Utför experimentet i omvänd ordning, d.v.s. returnera vattnet igen och observera fenomenet deplasmolys.

7. Rita celler i ett tillstånd av turgor, plasmolys och deplasmolys.

8. För att bevisa att plasmolys och deplasmolys endast förekommer i levande celler, utför ett sådant experiment parallellt. Håll en av sektionerna av lökens epidermis i en droppe vatten över lågan på en alkohollampa för att döda cellerna. Applicera sedan en sockerlösning och se om plasmolys inträffar.

Den beskrivna erfarenheten låter dig bekanta dig inte bara med processerna för turgor, plasmolys och deplasmolys, utan också med processen för ämnen som kommer in i cellen (i detta fall sockermolekyler från lösning).

När man studerar fenomenen plasmolys och deplasmolys i rödbetorceller är proceduren densamma, men istället för en sockerlösning är det bättre att använda en 5% lösning av kaliumnitrat.

Laboratoriearbete nr 3

Bestämning av transpiration med gravimetrisk metod

Träning: bestämma mängden vatten som avdunstat av en växt under en viss tidsperiod med hjälp av den gravimetriska metoden.

Material och utrustning: vågar, vikter, saxar, fat, stativ, levande växter.

Normalt tillvägagångssätt

1. Placera det U-formade röret på ett stativ och häll vatten i det. Klipp ett blad från växten (eller en liten gren med två blad) och använd en bomullsplugg för att fästa den i ena benet (bomullspluggen ska inte röra vid vattnet, annars kommer vattnet att avdunsta genom det). Stäng den andra armbågen med en gummi- eller plastpropp (om det inte finns något sådant rör kan du ta ett enkelt provrör och fylla ytan på vattnet med vegetabilisk olja för att förhindra avdunstning).

2. Väg enheten och samtidigt en liten kristalliserare fylld med vatten. Placera enheten och kristallisatorn på fönstret.

3. Väg igen efter 1-2 timmar. Massan minskar i båda fallen när vatten avdunstar.

Laboratoriearbete nr 4

Observation av stomatala rörelser

Träning: observera stomatala rörelser, förklara orsaken till stomatala rörelser, skissa stomata i vatten och i lösningar av 5 och
20%- gå glycerin.

Målet med arbetet: observera stomatala rörelser i vatten och i en glycerollösning.

Material och utrustning: glycerinlösningar (5 och 20%), 1M sackaroslösning, mikroskop, objektglas och täckglas, dissekeringsnålar, filterpapper, flaskor, löv av alla växter.

Normalt tillvägagångssätt

1. Förbered flera sektioner av bladets nedre epidermis och placera dem i en 5% glycerinlösning i 2 timmar. Glycerol penetrerar vakuolerna i skyddscellerna, sänker deras vattenpotential och ökar därför deras förmåga att absorbera vatten. Sektionerna placeras på en glasskiva i samma lösning, cellernas tillstånd noteras och de skissas.

2. Byt ut glycerinet med vatten och dra ut det under glaset med filterpapper. I detta fall observeras öppningen av stomatala slitsar. Rita drogen.

3. Byt ut vattnet mot ett starkt osmotiskt medel - en 20% glycerinlösning eller en 1M sackaroslösning. Stängningen av stomata observeras.

4. Dra slutsatser.

Laboratoriearbete nr 5

Produkter av fotosyntes

Träning: studera processen för bildning av primär stärkelse i löv.

Material och utrustning: alkohollampor, vattenbad, saxar, elektriska spisar, 200-300 W glödlampor, fat, levande växter (pumpa, bönor, pelargonium, primula, etc.), etylalkohol, jodlösning i kaliumjodid.

Normalt tillvägagångssätt

1. Med hjälp av ett stärkelsetest, bevisa att stärkelse bildas under fotosyntesen.

En välvattnad växt bör placeras på en mörk plats i 2-3 dagar. Under denna tid kommer det att finnas ett utflöde av assimilater från löven. Ny stärkelse kan inte bildas i mörker.

För att få kontrast från fotosyntesprocessen måste en del av bladet mörkas. För att göra detta kan du använda ett fotonegativ eller två identiska ljussäkra skärmar, fästa dem på toppen och botten. Bilder på skärmen (urklipp) kan vara väldigt olika.

En glödlampa på 200-300 W placeras på ett avstånd av 0,5 m från arket. Efter en timme eller två måste arket bearbetas enligt ovan. Det är bekvämare att göra detta på en platt platta. Samtidigt bearbetas arket som förblev mörkt hela tiden.

De delar som utsätts för ljus blir blå medan resten är gula.

På sommaren kan du ändra experimentet - täck flera löv på växten, lägg påsar med svart ogenomskinligt papper med lämpliga utskärningar på dem; efter två till tre dagar, i slutet av en solig dag, skär av bladen, koka dem först i vatten och bleka dem sedan med alkohol och behandla dem med en lösning av jod i kaliumjodid. De mörka områdena på bladen blir ljusa och de upplysta områdena blir svarta.

I vissa växter (till exempel lök) är den primära produkten av fotosyntesen inte stärkelse, utan socker, så stärkelsetestet är inte tillämpligt på dem.

2. Skriv ner resultaten av dina observationer.

Laboratoriearbete nr 6

Erhålla pigment från alkoholhaltiga extrakt av löv
och deras uppdelning

Träning: skaffa ett alkoholextrakt av pigment, separera dem och bekanta dig med pigmentens grundläggande egenskaper.

Material och utrustning: saxar, mortlar och mortelstötar, ställ med provrör, fat, alkohollampor, vattenbad, färska eller torra löv (nässlor, aspidistra, murgröna eller andra växter), etylalkohol, bensin, 20 % NaOH (eller KOH) lösning, torr krita , sand.

Normalt tillvägagångssätt

1. Lägg torra blad krossade med sax i en ren mortel, tillsätt lite krita för att neutralisera syrorna i cellsaften. Mal massan noggrant med en mortelstöt, tillsätt etylalkohol (100 cm 3), filtrera sedan lösningen.

Det resulterande klorofyllextraktet har fluorescens: i genomsläppt ljus är det grönt, i reflekterat ljus är det körsbärsrött.

2. Separera pigmenten med Kraus-metoden.

För att göra detta måste du hälla 2-3 cm3 extrakt i ett provrör och tillsätta en och en halv volym bensin och 2-3 droppar vatten; då måste du skaka provröret och vänta tills två lager blir tydligt synliga - bensin i toppen, alkohol i botten. Om separation inte inträffar, fyll på mer bensin och skaka provröret igen.

Om grumlighet uppstår, tillsätt lite alkohol.

Eftersom bensin inte löser sig i alkohol hamnar den i toppen. Den gröna färgen på det översta lagret indikerar att klorofyll har överförts till bensin. Utöver det löses karoten också i bensin. Nedanför, i alkoholen, finns xantofyll kvar. Det undre lagret är gult.

Efter att lösningen sedimenterat bildas två lager. Som ett resultat av förtvålning av klorofyll elimineras alkoholer och natriumsaltet av klorofyllin bildas, som till skillnad från klorofyll inte löser sig i bensin.

För bättre förtvålning kan provröret med tillsatt NaOH placeras i ett vattenbad med kokande vatten och, så snart lösningen kokar, avlägsnas. Efter detta tillsätts bensin. Karoten och xantofyll (färgen kommer att vara gul) kommer att gå in i bensinlagret (överst), och natriumsaltet av klorofyllsyra kommer att gå in i alkohollagret.

Laboratoriearbete nr 7

Detektering av växtrespiration

Träning: bevisa att CO 2 frigörs när växter respirerar, skissa en anordning som hjälper till att upptäcka andning genom utsläpp av CO 2, skriv bildtexter till ritningen.

Material och utrustning: 2 glasburkar med en kapacitet på 300-400 ml, 2 gummiprovrör med hål för tratt och rör, 2 trattar, 2 glasrör böjda i form av bokstaven "P" 18-20 cm långa och 4-5 mm i diameter, 2 provrör, en bägare, Ba(OH)2-lösning, grodda frön av vete, solros, majs, ärtor etc.

Normalt tillvägagångssätt

1. Häll 50-60 g grodda frön i en glasburk, stäng den tätt med en propp i vilken en tratt och ett krökt glasrör sätts in och låt stå i 1-1,5 timmar. Under denna tid, som ett resultat av andningen av fröna kommer koldioxid att samlas i burken. Det är tyngre än luft, så det är koncentrerat i botten av burken och kommer inte in i atmosfären genom en tratt eller ett rör.

2. Ta samtidigt en kontrollburk utan frön, stäng den även med en gummipropp med tratt och ett glasrör och ställ den bredvid den första burken.

3. De fria ändarna av glasrören sänks ner i två provrör med barytvatten. De börjar gradvis hälla vatten i båda burkarna genom trattar. Vatten tränger undan luft berikad med CO 2 från burkarna, som kommer in i provrören med Ba(OH) 2-lösningen. Som ett resultat blir barytvatten grumligt.

4. Jämför grumlighetsgraden för Ba(OH) 2 i båda provrören.

Laboratoriearbete nr 8

Bestämning av andningsintensitet i Conway-koppar

Träning: utföra ett experiment och beräkna andningsintensiteten för föremålen som studeras beroende på de experimentella alternativen.

Material och utrustning: Conway-koppar, vaselin, byretter, stativ, filterpapper, saxar, vågar, vikter, reagenser: 0,1 N Ba(OH)2; 0,1 N HCl, fenolftalein, eventuella plantor och vuxna växter eller deras organ.

Normalt tillvägagångssätt

1. Conway-koppar kalibreras före experimentet, de måste ha samma volym för kontroll- och experimentvarianterna. Varje experimentell variant utförs i tre exemplar.

2. Ett prov av växtmaterial som väger 0,5-1,0 g läggs ut i den yttre cirkeln av Conway-koppen.1 eller 2 ml 0,1 N Ba(OH) 2 hälls i den inre cylindern. Bägaren är hermetiskt försluten med en inslipat lock (så att en genomskinlig kontur av den tunna delen av koppen har dykt upp på locket) och placeras i mörker i 20 - 40 minuter (för att utesluta fotosyntes i gröna växtvävnader). Under exponeringen reagerar koldioxiden som ackumulerats i Conway-koppen med bariumhydroxid:

CO 2 + Ba(OH) 2 = BaCO 3 + H 2 O.

Överskott av Ba(OH)2 titreras med 0,1 N HC1 mot fenolftalein tills den rosa färgen försvinner.

3. Placera en Conway-kontrollkopp (utan prov) samtidigt som den experimentella. Samma volym av 0,1 N Ba(OH)2-lösning hälls i den, stängs med ett nedslipat lock och lämnas bredvid testkoppen. Bariumhydroxid i denna kopp reagerar med koldioxid, som ursprungligen fanns i luften i sin volym. Överskott av baryt titreras.

4. Baserat på skillnaden i volymerna av saltsyralösning som används för att titrera överskott av Ba(OH)2 i kontroll- och experimentskålarna, beräknas andningsintensiteten (I.D.):

Mg CO 2 /(g∙h),

där VHC1k är volymen av 0,1 N HC1 som används för titrering av överskott av Ba(OH)2 i kontrollkoppen; V HC1op - volym av 0,1 N HC1, använd för titrering av överskott av Ba(OH)2 i testkoppen; R- provets vikt, g;

t - tid, h; 2,2 är omvandlingsfaktorn för HCl till CO2 (1 ml 0,1 N HCl eller Ba(OH)2 är ekvivalent med 2,2 mg CO2).

Laboratoriearbete nr 9

Betydelsen av olika element för växter

Träning: studera betydelsen av olika mineralämnen för tillväxten av svampen Aspergillus.

Material och utrustning: våg, termostat, bomullsproppar, filter, fem 100 cm 3 kolvar, provrör, pipett, två glas, tratt, mineralsalter, sackaros, organisk syra (citronsyra), en kultur av Aspergillus-svampen odlad på potatisbitar eller bröd för 3-4 dagar.

Normalt tillvägagångssätt

1. Odla en svamp med hjälp av näringsblandningar.

Det har konstaterats att Aspergillus har ungefär samma krav på mineralnäring som högre växter. Av mineralelementen behöver svampen inte bara kalcium. Näringsblandningar bereds i 100 cm 3 kolvar och komponeras enligt ett specifikt schema (tabell 1).

Numreringen av kolvarna motsvarar numreringen av de experimentella varianterna. Resultaten av experimentet skrivs ner nedan.

bord 1

Schema för beredning av näringsblandningar

Ämnen	Koncentration	Mängd ämne (i ml) i kolvar
		Nr 1 - komplett blandning	Nr 2 - utan N	Nr 3 - utan P	Nr 4 - utan K	Nr 5 - utan mineraler
sackaros Citronsyra
resultat Mycelmassa, g

Citronsyra tillsätts för att skapa en sur miljö som är gynnsam för aspergillus, men hämmar utvecklingen av andra mikroorganismer.

2. Häll sterilt vatten i ett provrör eller en kolv och placera svampmyceliet i det, taget med en steril slinga, rör om innehållet genom att rotera mellan fingrarna eller handflatorna.

Pipettera den resulterande suspensionen i alla kolvar med en steril pipett.

Stäng kolvarna med bomullspluggar och placera i en termostat vid en temperatur på 30-35 °C. Observation kommer att genomföras om en vecka.

Kärnan i experimentet är att genom att bestämma massan av svampmycel som odlas på olika näringsblandningar kan man ta reda på dess behov av individuella element.

3. Väg, till vilken du tar två rena glas, en tratt och flera identiska pappersfilter. Väg en bägare (nr 1) med en tratt och filtrera och registrera massan. Placera sedan tratten i ett annat glas (nr 2), överför svampmyceliet från den första kolven till filtret, skölj med vatten och efter att vattnet rinner, för tillbaka tratten till glas nr 1. Väg igen. Det är klart att resultatet blir större, eftersom svampmycel har tillkommit.

Pedagogisk och metodisk manual

... - Balashov: Nikolaev, 2007. - 48 sid. ISBN 978-5-94035-300-3 V utbildningsmässigt-metodiskförmåner metoderna beskrivs... fysiologiväxter: lärobok ersättning/ ed. V. B. Ivanova. - Akademin, 2001. - 144 sid. Zanina, M.A. Fysiologiväxter: pedagogisk metod. ersättning ...

Utbildnings- och metodkomplex

... Pedagogisk-metodisk komplex Balashov... 'känsla', fysiologi från grekiska... Träning substyle i pedagogisk litteratur för pedagogisk metodologiskaförmåner... Och växter Och... 2005 ha ...

TEORI OCH UTÖKNING AV VETENSKAPLIGT TAL Specialkurs för icke-humanitära specialiteter vid universitet Utbildnings- och metodkomplex Balashov - 2008

Utbildnings- och metodkomplex

... Pedagogisk-metodisk komplex Balashov... 'känsla', fysiologi från grekiska... Träning substyle i pedagogisk litteratur för pedagogisk anläggningar av olika slag, kataloger, metodologiskaförmåner... Och växter Och... 2005 G.). Vi har inte gjort det här förut ha ...

Utbildnings- och metodkomplex (219)

Pedagogisk och metodisk manual

Faciliteter ( växter, samlingar... dempedagogisk ... fysiologi... G.Yu. Lovande skolteknik: utbildningsmässigt-metodiskersättning/G.Yu. Ksenzova. - M.: ... 288 S. 6. Balashov, M. Didaktiskt spel... - Nr 22. – 2005 . Pedagogik: lärobok. ersättning/ ed. P. ...

Inledning 2

1. Grundläggande fakta om cellmembranets struktur 3

2. Allmänna idéer om permeabilitet 4

3. Överföring av molekyler över membranet 4

3.1. Diffusion 5

3.2 Ficks ekvation 6

3.3 Passiv transport 7

3.3.1 Skillnader mellan underlättad diffusion och enkel diffusion 8

4. Darcys lag 8

5. Aktiv transport 9

6. Struktur och funktioner hos jonkanaler 11

Slutsats 15

Referenser 17

INTRODUKTION

Membrantransport är transport av ämnen genom cellmembranet in i eller ut ur cellen, utförd med olika mekanismer - enkel diffusion, underlättad diffusion och aktiv transport.

Den viktigaste egenskapen hos ett biologiskt membran är dess förmåga att passera olika ämnen in i och ut ur cellen. Detta är av stor betydelse för självreglering och upprätthållande av en konstant cellsammansättning. Denna funktion hos cellmembranet utförs på grund av selektiv permeabilitet, dvs. förmågan att låta vissa ämnen passera och inte andra. Opolära molekyler med låg molekylvikt (syre, kväve, bensen) passerar lättast genom lipiddubbelskiktet. Små polära molekyler som koldioxid, kväveoxid, vatten och urea penetrerar ganska snabbt genom lipiddubbelskiktet. Etanol och glycerol, såväl som steroider och sköldkörtelhormoner, passerar genom lipiddubbelskiktet i en märkbar hastighet. För större polära molekyler (glukos, aminosyror), såväl som för joner, är lipiddubbelskiktet praktiskt taget ogenomträngligt, eftersom dess inre är hydrofobt. Sålunda är permeabilitetskoefficienten (cm/s) för vatten cirka 10-2, för glycerol – 10-5, för glukos – 10-7 och för envärda joner – mindre än 10-10.

Överföringen av stora polära molekyler och joner sker på grund av kanalproteiner eller bärarproteiner. Således finns det i cellmembran kanaler för natrium-, kalium- och klorjoner, i membranen i många celler finns det aquaporinvattenkanaler, liksom bärarproteiner för glukos, olika grupper av aminosyror och många joner. Aktiv och passiv transport.

Membran bildar cellens struktur och utför dess funktioner. Störning av funktionerna hos cellulära och intracellulära membran ligger bakom irreversibel cellskada och, som en konsekvens, utvecklingen av allvarliga sjukdomar i kardiovaskulära, nervösa och endokrina systemen.

1. Grundläggande fakta om cellmembranets struktur.

Cellmembran inkluderar plasmamembran, karyolemma, membran av mitokondrier, ER, Golgi-apparater, lysosomer och peroxisomer. Ett gemensamt drag för alla cellmembran är att de är tunna (6-10 nm) lager av lipoproteinnatur (lipider i komplex med proteiner). De huvudsakliga kemiska komponenterna i cellmembran är lipider (40 %) och proteiner (60 %). dessutom fanns kolhydrater (5-10%) i många membran.

Plasmamembranet omger varje cell, bestämmer dess storlek och upprätthåller distinktionen mellan cellens innehåll och dess yttre miljö. Membranet fungerar som ett mycket selektivt filter och ansvarar för den aktiva transporten av ämnen, det vill säga införandet av näringsämnen i cellen och avlägsnandet av skadliga avfallsprodukter. Slutligen är membranet ansvarigt för uppfattningen av externa signaler och låter cellen reagera på yttre förändringar. Alla biologiska membran är sammansättningar av lipid- och proteinmolekyler som hålls samman av icke-kovalenta interaktioner.

Grunden för alla molekylära membran består av lipidmolekyler som bildar ett dubbelskikt. Lipider inkluderar en stor grupp organiska ämnen som har dålig löslighet i vatten (hydrofobicitet) och god löslighet i organiska lösningsmedel och fetter (lipofilicitet). Sammansättningen av lipider i olika membran är inte densamma. Till exempel är plasmamembranet, till skillnad från membranen i det endoplasmatiska retikulumet och mitokondrierna, anrikat på kolesterol. Typiska representanter för lipider som finns i cellmembran är fosfolipider (glycerofosfatider), sfingomyeliner och steroidlipider - kolesterol.

En egenskap hos lipider är uppdelningen av deras molekyler i två funktionellt olika delar: hydrofoba icke-polära, icke-laddningsbärande ("svansar"), bestående av fettsyror, och hydrofila, laddade polära "huvuden". Detta bestämmer lipidernas förmåga att spontant bilda dubbelskikts (bilipid) membranstrukturer med en tjocklek av 5-7 nm.

De första experimenten som bekräftade detta utfördes 1925.

Bildandet av ett dubbelskikt är en speciell egenskap hos lipidmolekyler och sker även utanför cellen. De viktigaste egenskaperna hos ett dubbelskikt: förmåga att självmontera - fluiditet - asymmetri.

2. Allmänna idéer om permeabilitet.

Egenskaper hos membran, kärlväggar och epitelceller, vilket återspeglar förmågan att leda kemikalier; skilja mellan aktiv (aktiv transport av ämnen) och passiv P. (fagocytos Och pinocytos ); passiva och (i vissa fall) aktiva P. (stora molekyler) tillhandahålls av membranporer, P. för lågmolekylära ämnen (till exempel joner) tillhandahålls av specifika membranstrukturer med deltagande av bärarmolekyler.

3. Överföring av molekyler över membranet.

Eftersom det inre av lipidskiktet är hydrofobt, representerar det en praktiskt taget ogenomtränglig barriär för de flesta polära molekyler. På grund av närvaron av denna barriär förhindras läckage av cellinnehåll, men på grund av detta tvingades cellen skapa speciella mekanismer för att transportera vattenlösliga ämnen över membranet. Överföringen av små vattenlösliga molekyler utförs med hjälp av speciella transportproteiner. Dessa är speciella transmembranproteiner, som var och en ansvarar för transporten av specifika molekyler eller grupper av besläktade molekyler.

Celler har också mekanismer för att transportera makromolekyler (proteiner) och även stora partiklar över membranet. Processen för upptagning av makromolekyler av en cell kallas endocytos. I allmänna termer är mekanismen för dess förekomst som följer: lokala områden av plasmamembranet invagineras och stängs och bildar en endocytisk vesikel, sedan kommer den absorberade partikeln vanligtvis in i lysosomer och genomgår nedbrytning.

3.1 Diffusion (latin diffusio - spridning, spridning, spridning) är processen att överföra materia eller energi från ett område med hög koncentration till ett område med låg koncentration (mot koncentrationsgradienten). Det mest kända exemplet på diffusion är blandning av gaser eller vätskor (om bläck tappas i vatten kommer vätskan att få en jämn färg efter en tid). Ett annat exempel är ett fast ämne: om ena änden av en stav är uppvärmd eller elektriskt laddad sprids värme (eller, på motsvarande sätt, elektrisk ström) från den varma (laddade) delen till den kalla (oladdade) delen. När det gäller en metallstav utvecklas termisk diffusion snabbt och strömmen flyter nästan omedelbart. Om staven är gjord av ett syntetiskt material är termisk diffusion långsam och diffusion av elektriskt laddade partiklar mycket långsam. Diffusion av molekyler är i allmänhet ännu långsammare. Om till exempel en sockerbit läggs i botten av ett glas vatten och vattnet inte rörs om, tar det flera veckor innan lösningen blir homogen. Diffusion av ett fast ämne till ett annat sker ännu långsammare. Till exempel, om koppar är belagt med guld, kommer diffusion av guld in i koppar att ske, men under normala förhållanden (rumstemperatur och atmosfärstryck) kommer det guldbärande lagret att nå en tjocklek av flera mikrometer först efter flera tusen år.

Alla typer av diffusion lyder samma lagar. Diffusionshastigheten är proportionell mot provets tvärsnittsarea, såväl som skillnaden i koncentrationer, temperaturer eller laddningar (vid relativt små värden av dessa parametrar). Värme kommer alltså att spridas fyra gånger snabbare genom en stav med en diameter på två centimeter än genom en stav med en diameter på en centimeter. Denna värme sprids snabbare om temperaturskillnaden över en centimeter är 10°C istället för 5°C. Diffusionshastigheten är också proportionell mot parametern som kännetecknar ett visst material. När det gäller termisk diffusion kallas denna parameter för termisk ledningsförmåga; i fallet med flödet av elektriska laddningar kallas den elektrisk ledningsförmåga. Mängden ämne som diffunderar över en given tid och sträckan som den diffuserande substansen tillryggalägger är proportionella mot kvadratroten av diffusionstiden.

Diffusion är en process på molekylär nivå och bestäms av den slumpmässiga naturen hos enskilda molekylers rörelse. Diffusionshastigheten är därför proportionell mot medelhastigheten för molekylerna. När det gäller gaser är medelhastigheten för små molekyler större, den är nämligen omvänt proportionell mot kvadratroten av molekylens massa och ökar med ökande temperatur. Diffusionsprocesser i fasta ämnen vid höga temperaturer finner ofta praktisk tillämpning. Till exempel använder vissa typer av katodstrålerör (CRT) toriummetall som sprids genom volframmetall vid 2000 °C.

3.2 Ficks ekvation

I de flesta praktiska fall används koncentrationen C istället för den kemiska potentialen. Direkt ersättning av µ med C blir felaktig vid höga koncentrationer, eftersom den kemiska potentialen är relaterad till koncentrationen enligt en logaritmisk lag. Om vi ​​inte överväger sådana fall, kan ovanstående formel ersättas med följande:

vilket visar att ämnets flödestäthet J är proportionell mot diffusionskoefficienten D och koncentrationsgradienten. Denna ekvation uttrycker Ficks första lag (Adolph Fick är en tysk fysiolog som fastställde diffusionslagarna 1855). Ficks andra lag relaterar rumsliga och tidsmässiga förändringar i koncentration (diffusionsekvation):

Diffusionskoefficienten D beror på temperaturen. I ett antal fall, över ett brett temperaturområde, representerar detta beroende Arrhenius-ekvationen.

Diffusionsprocesser är av stor betydelse i naturen:

Näring, andning av djur och växter;

Penetrering av syre från blod in i mänskliga vävnader.

3.3 Passiv transport

Passiv transport är överföring av ämnen från platser med hög elektrokemisk potential till platser med lägre värde.

I experiment med artificiella lipiddubbelskikt fann man att ju mindre molekylen är och ju färre vätebindningar den bildar, desto snabbare diffunderar den genom membranet. Så ju mindre molekylen är och ju mer fettlöslig (hydrofob eller opolär) den är, desto snabbare kommer den att penetrera membranet. Diffusion av ämnen över lipiddubbelskiktet orsakas av en koncentrationsgradient i membranet. Molekyler av lipid-olösliga ämnen och vattenlösliga hydratiserade joner (omgivna av vattenmolekyler) penetrerar membranet genom lipid- och proteinporer. Små opolära molekyler är lättlösliga och diffunderar snabbt. Oladdade polära molekyler med små storlekar är också lösliga och diffusa.

Det är viktigt att vatten tränger in i lipiddubbelskiktet mycket snabbt trots att det är relativt olösligt i fett. Detta beror på det faktum att dess molekyl är liten och elektriskt neutral.

Osmos är den föredragna rörelsen av vattenmolekyler genom semipermeabla membran (ogenomträngliga för lösta ämnen och permeabla för vatten) från platser med lägre koncentration av lösta ämnen till platser med högre koncentration. Osmos är i huvudsak den enkla diffusionen av vatten från platser med en högre koncentration av vatten till platser med en lägre koncentration av vatten. Osmos spelar en stor roll i många biologiska fenomen. Fenomenet osmos orsakar hemolys av röda blodkroppar i hypotoniska lösningar.

Så, membran kan tillåta vatten och opolära molekyler att passera genom enkel diffusion.

3.3.1 Skillnader mellan underlättad spridning och enkel:

1) överföring av ett ämne med deltagande av en bärare sker mycket snabbare;

2) underlättad diffusion har egenskapen mättnad: med ökande koncentration på ena sidan av membranet ökar flödestätheten hos ämnet endast till en viss gräns, när alla bärarmolekyler redan är upptagna;

3) med underlättad spridning observeras konkurrens mellan transporterade ämnen i de fall transportören transporterar olika ämnen; Dessutom tolereras vissa ämnen bättre än andra, och tillsatsen av vissa ämnen komplicerar transporten av andra; Bland sockerarter tolereras således glukos bättre än fruktos, fruktos är bättre än xylos och xylos är bättre än arabinos, etc. etc.;

4) det finns ämnen som blockerar underlättad diffusion - de bildar ett starkt komplex med bärarmolekyler, till exempel hämmar floridzin transporten av sockerarter genom ett biologiskt membran.

4. Darcys lag

Darcys lag (Henri Darcy, 1856) - lagen om filtrering av vätskor och gaser i ett poröst medium. Erhållen experimentellt. Uttrycker vätskefiltreringshastighetens beroende av tryckgradienten:

där: - filtreringshastighet, K - filtreringskoefficient, - tryckgradient. Darcys lag är förknippad med flera mätsystem. Ett medium med en permeabilitet på 1 Darcy (D) tillåter flöde av 1 cm³/s vätska eller gas med en viskositet på 1 cp (mPa s) under en tryckgradient på 1 atm/cm som verkar över en yta av 1 cm². 1 millidarcy (mD) är lika med 0,001 Darcy.

I SI-mätsystemet motsvarar 1 Darcy 9,869233×10−13 m² eller 0,9869233 µm². Denna omvandling är vanligtvis ungefärlig som 1 µm². Det bör noteras att detta nummer är ömsesidigt 1,013250 - omvandlingsfaktorn från atmosfärer till barer.

Transport genom lipiddubbelskiktet (enkel diffusion) och transport med deltagande av membranproteiner

5. Aktiv transport

Andra bärarproteiner (ibland kallade pumpproteiner) transporterar ämnen över membranet med hjälp av energi, som vanligtvis tillförs genom hydrolys av ATP. Denna typ av transport sker mot koncentrationsgradienten av det transporterade ämnet och kallas aktiv transport.

Simport, antiport och uniport

Membrantransport av ämnen skiljer sig också i riktningen för deras rörelse och mängden ämnen som bärs av en given bärare:

1) Uniport - transport av ett ämne i en riktning beroende på gradienten

2) Symport - transport av två ämnen i en riktning genom en bärare.

3) Antiport - rörelse av två ämnen i olika riktningar genom en bärare.

Uniport utför till exempel en spänningsstyrd natriumkanal genom vilken natriumjoner rör sig in i cellen under genereringen av en aktionspotential.

Symporten utförs av en glukostransportör placerad på den yttre sidan (mot tarmens lumen) av tarmepitelcellerna. Detta protein fångar samtidigt en glukosmolekyl och en natriumjon och, förändrad konformation, överför båda substanserna in i cellen. Detta använder energin från den elektrokemiska gradienten, som i sin tur skapas på grund av hydrolysen av ATP av natrium-kalium ATPas.

Antiport utförs till exempel av natrium-kalium-ATPas (eller natriumberoende ATPas). Det transporterar kaliumjoner in i cellen. och från cellen - natriumjoner.

Arbetet med natrium-kalium ATPas som ett exempel på antiport och aktiv transport

Inledningsvis fäster denna transportör tre Na+-joner på insidan av membranet. Dessa joner ändrar konformationen av det aktiva stället för ATPas. Efter sådan aktivering kan ATPaset hydrolysera en ATP-molekyl och fosfatjonen fixeras på ytan av transportören på insidan av membranet.

Den frigjorda energin går åt till att förändra konformationen av ATPaset, varefter tre Na+-joner och en jon (fosfat) hamnar på utsidan av membranet. Här spjälkas Na+-joner och ersätts av två K+-joner. Sedan ändras bärarens konformation till sin ursprungliga, och K+-joner hamnar på insidan av membranet. Här delas K+-jonerna av och transportören är redo att användas igen.

Mer kortfattat kan ATPases handlingar beskrivas enligt följande:

1) Den "tar" tre Na+-joner inifrån cellen, delar sedan ATP-molekylen och tillsätter fosfat till sig själv

2) "Kastar ut" Na + joner och fäster två K + joner från den yttre miljön.

3) Kopplar bort fosfat och släpper ut två K+-joner i cellen

Som ett resultat skapas en hög koncentration av Na+-joner i den extracellulära miljön, och en hög koncentration av K+-joner skapas inuti cellen. Arbetet med Na +, K + - ATPase skapar inte bara en koncentrationsskillnad utan också en laddningsskillnad (den fungerar som en elektrogen pump). En positiv laddning skapas på utsidan av membranet och en negativ laddning på insidan.

6. Struktur och funktioner hos jonkanaler.

Den exciterbara membranmodellen antar den reglerade transporten av kalium- och natriumjoner över membranet. Den direkta passagen av en jon genom lipiddubbelskiktet är emellertid mycket svår, så jonflödestätheten skulle vara mycket låg om jonen passerade direkt genom membranets lipidfas. Detta och en rad andra överväganden gav anledning att tro att membranet måste innehålla några speciella strukturer - ledande joner.

Sådana strukturer hittades och kallades jonkanaler. Liknande kanaler har isolerats från olika föremål: plasmamembranet hos celler, det postsynaptiska membranet hos muskelceller och andra föremål. Jonkanaler som bildas av antibiotika är också kända.

Grundläggande egenskaper hos jonkanaler:

1) selektivitet;

2) oberoende av driften av enskilda kanaler;

3) konduktivitetens diskreta karaktär;

4) beroende av kanalparametrar på membranpotential.

Låt oss titta på dem i ordning.

1. Selektivitet är förmågan hos jonkanaler att selektivt tillåta joner av en typ att passera igenom.

Redan i de första experimenten på bläckfiskaxonet upptäcktes att natrium- och kaliumjoner har olika effekter på membranpotentialen. Kaliumjoner ändrar vilopotentialen och natriumjoner ändrar aktionspotentialen.

Mätningar har visat att jonkanaler har absolut selektivitet mot katjoner (katjonselektiva kanaler) eller anjoner (anjonselektiva kanaler). Samtidigt kan olika katjoner av olika kemiska element passera genom katjonselektiva kanaler, men ledningsförmågan hos membranet för den mindre jonen, och därför strömmen genom den, kommer att vara betydligt lägre, till exempel för natriumkanalen, kaliumströmmen genom den blir 20 gånger mindre. En jonkanals förmåga att passera olika joner kallas relativ selektivitet och kännetecknas av en selektivitetsserie - förhållandet mellan kanalkonduktiviteter för olika joner tagna vid samma koncentration.

2. Oberoende av driften av enskilda kanaler. Strömflödet genom en enskild jonkanal är oberoende av om ström flyter genom andra kanaler. Till exempel kan kaliumkanaler slås på eller av, men strömmen genom natriumkanalerna ändras inte. Inverkan av kanaler på varandra sker indirekt: en förändring i permeabiliteten för vissa kanaler (till exempel natrium) förändrar membranpotentialen, och detta påverkar redan ledningsförmågan hos andra jonkanaler.

3. Diskret karaktär hos jonkanalernas konduktivitet. Jonkanaler är ett subenhetskomplex av proteiner som spänner över membranet. I dess mitt finns ett rör genom vilket joner kan passera.

Antalet jonkanaler per 1 μm membranyta bestämdes med en radioaktivt märkt natriumkanalblockerare, tetrodotoxin. Det är känt att en TTX-molekyl endast binder till en kanal. Att sedan mäta radioaktiviteten hos ett prov med en känd yta gjorde det möjligt att visa att det finns cirka 500 natriumkanaler per 1 mikron bläckfiskaxon. Detta upptäcktes första gången 1962 i studier av konduktiviteten hos lipidbilagermembran (BLM) när mikrokvantiteter av ett visst excitationsinducerande ämne tillsattes till lösningen som omgav membranet. En konstant spänning applicerades på BLM och strömmen registrerades. Strömmen registrerades över tid i form av hopp mellan två ledande tillstånd.

Resultaten av experiment utförda på olika jonkanaler visade att konduktiviteten hos en jonkanal är diskret och den kan vara i två tillstånd: öppen eller stängd. Strömstötar orsakas av att 2 eller 3 kanaler öppnas samtidigt. Övergångar mellan tillstånd i jonkanalen sker vid slumpmässiga tidpunkter och följer statistiska lagar. Det kan inte sägas att en given jonkanal kommer att öppnas vid exakt detta ögonblick. Du kan bara göra ett uttalande om sannolikheten att öppna en kanal inom ett visst tidsintervall.

Jonkanaler beskrivs av de karakteristiska livslängderna för öppet och stängt tillstånd.

4. Beroende av kanalparametrar på membranpotential. Nervfiberjonkanaler är känsliga för membranpotential, såsom natrium- och kaliumkanalerna i bläckfiskaxonet. Detta manifesteras i det faktum att efter starten av membrandepolarisering börjar motsvarande strömmar att förändras med en eller annan kinetik. På språket "jonkanaler" sker denna process enligt följande. Den jonselektiva kanalen har en sk

"sensor" är en viss del av dess design som är känslig för inverkan av ett elektriskt fält (se figur). När membranpotentialen ändras ändras storleken på kraften som verkar på den, som ett resultat av att denna del av jonkanalen rör sig och ändrar sannolikheten för att öppna eller stänga "porten" - en sorts dämpare som fungerar enligt " allt eller inget” lag.

Jonkanalstruktur

Den jonselektiva kanalen består av följande delar, en proteindel nedsänkt i dubbelskiktet, som har en subenhetsstruktur; ett selektivt filter bildat av negativt laddade syreatomer, som är stelt placerade på ett visst avstånd från varandra och tillåter joner med en viss diameter att passera igenom; grind del.

Jonkanalens "port" styrs av membranpotentialen och kan vara i antingen ett stängt tillstånd (streckad linje) eller ett öppet tillstånd (heldragen linje). Det normala läget för natriumkanalporten är stängd. Under påverkan av ett elektriskt fält ökar sannolikheten för ett öppet tillstånd, porten öppnas och flödet av hydratiserade joner kan passera genom det selektiva filtret.

Om jonen "passar" i diameter, tappar den hydreringsskalet och hoppar till andra sidan av jonkanalen. Om jonen är för stor i diameter, såsom tetraetylammonium, kan den inte passa genom filtret och kan inte passera membranet. Om jonen tvärtom är för liten, så har den svårigheter med det selektiva filtret, denna gång förknippat med svårigheten att ta bort sitt hydratiseringsskal. För den "lämpliga" jonen ersätts det kasserade vattnet av bindningar med syreatomer i filtret, för den "olämpliga" jonen är den steriska passningen sämre. Därför är det svårare för det att passera genom filtret och kanalens konduktivitet är lägre för det.

Jonkanalblockerare kan antingen inte passera genom den, fastnar i filtret, eller, om de är stora molekyler som TTX, matchar de steriskt någon ingång till kanalen. Eftersom blockerare bär en positiv laddning, dras deras laddade del in i kanalen till det selektiva filtret som en vanlig katjon, och makromolekylen täpper till den.

Således utförs förändringar i de elektriska egenskaperna hos exciterbara biomembran med hjälp av jonkanaler. Dessa är proteinmakromolekyler som penetrerar lipiddubbelskiktet och kan existera i flera diskreta tillstånd. Egenskaperna hos kanaler som är selektiva för kalium-, natrium- och kalciumjoner kan bero på olika sätt på membranpotentialen, som bestämmer dynamiken i aktionspotentialen i membranet, såväl som skillnaderna i sådana potentialer i membranen hos olika celler.

Slutsats

Vilken molekyl som helst kan passera genom lipiddubbelskiktet, men hastigheten för passiv diffusion av ämnen, dvs. Övergången av ett ämne från ett område med högre koncentration till ett område med lägre koncentration kan vara mycket olika. För vissa molekyler tar detta så lång tid att vi kan tala om deras praktiska ogenomtränglighet för membranets lipiddubbelskikt. Diffusionshastigheten för ämnen genom ett membran beror huvudsakligen på molekylernas storlek och deras relativa löslighet i fetter.

Små opolära molekyler som O2, steroider, sköldkörtelhormoner och fettsyror passerar lättast genom enkel diffusion genom lipidmembranet. Små polära oladdade molekyler - CO2, NH3, H2O, etanol, urea - diffunderar också med ganska hög hastighet. Diffusionen av glycerol är mycket långsammare, och glukos kan praktiskt taget inte passera genom membranet på egen hand. Lipidmembranet är ogenomträngligt för alla laddade molekyler, oavsett storlek.

Transporten av sådana molekyler är möjlig på grund av närvaron i membranen av antingen proteiner som bildar kanaler (porer) i lipidskiktet fyllt med vatten, genom vilket ämnen av en viss storlek kan passera genom enkel diffusion, eller specifika bärarproteiner som, selektivt interagerar med vissa ligander, underlättar deras transport genom membranet (underlättad diffusion).

Förutom passiv transport av ämnen innehåller celler proteiner som aktivt pumpar vissa ämnen lösta i vatten mot sin gradient, d.v.s. från en lägre koncentration till ett område med högre koncentration. Denna process, som kallas aktiv transport, utförs alltid med hjälp av bärarproteiner och sker med energiförbrukning.

Den yttre delen av kanalen är relativt tillgänglig för studier, att studera den inre delen ger betydande svårigheter. P. G. Kostyuk utvecklade en metod för intracellulär dialys, som gör att man kan studera funktionen hos ingångs- och utgångsstrukturerna hos jonkanaler utan användning av mikroelektroder. Det visade sig att den del av jonkanalen som är öppen mot det extracellulära utrymmet skiljer sig i sina funktionella egenskaper från den del av kanalen som vetter mot den intracellulära miljön.

Det är jonkanaler som ger två viktiga egenskaper hos membranet: selektivitet och konduktivitet.

Selektiviteten, eller selektiviteten, hos kanalen säkerställs av dess speciella proteinstruktur. De flesta kanaler är elektriskt styrda, det vill säga deras förmåga att leda joner beror på storleken på membranpotentialen. Kanalen är heterogen i sina funktionella egenskaper, särskilt med avseende på proteinstrukturerna som finns vid ingången till kanalen och vid dess utgång (de så kallade grindmekanismerna).

Ficks ekvation

Tecknet "–" visar att den totala flödestätheten för ett ämne under diffusion är riktad mot minskande densitet, D är diffusionskoefficienten. Formeln visar att flödestätheten för ett ämne J är proportionell mot diffusionskoefficienten D och koncentrationsgradienten. Denna ekvation uttrycker Ficks första lag (Adolph Fick är en tysk fysiolog som fastställde diffusionslagarna 1855).

Den jonselektiva kanalen består av följande delar, en proteindel nedsänkt i dubbelskiktet, som har en subenhetsstruktur; ett selektivt filter bildat av negativt laddade syreatomer, som är stelt placerade på ett visst avstånd från varandra och tillåter joner med en viss diameter att passera igenom; grind del. Det är jonkanaler som ger två viktiga egenskaper hos membranet: selektivitet och konduktivitet. Kalciumkanaler spelar en viktig roll i hjärtceller.

Bibliografi

2. Yu. I. Afanasyev, N. A. Yurina, E. F. Kotovsky och andra. Histologi. M.

4. Filippovich Yu.B. Grunderna i biokemi. M., Högre skola, 1985. Diffusion

5. Basniev K. S., Kochina N. I., Maksimov M. V. Underjordisk hydromekanik. // M.: Nedra, 1993, sid. 41-43

6. Gennis R. Biomembraner. Molekylär struktur och funktion. M., Mir, 1997