Лабораторна робота фізіологічних властивостей клітинної мембрани. Порівняння проникності мембран живих та мертвих клітин. Література для учнів

1. Клітинні мембрани, їх види. Властивості мембран. Функції мембран.

Морфологічними та фізіологічними дослідженнями було показано, що велику роль у функціонуванні клітини грає клітинна мембрана.

Мембранні структури: ядро, комплекс Гольджі, ЕПС і т.д.

Мембрана- Це тонка структура товщиною 7 нм. За своїм хімічним складом мембрана містить 25% білків, 25% фосфоліпідів, 13% холестерин, 4% ліпіди, 3% вуглеводи.

У структурному відношенніоснову мембрани становить подвійний шар фосфоліпідів. Особливістю молекул фосфоліпідів є те, що у своєму складі вони мають гідрофільну та гідрофобну частини. Гідрофільні частини містять полярні групи (фосфатні групи у фосфоліпідах та гідроксидні у холестеринах). Гідрофільні частиниспрямовані до поверхні. А гідрофобні (жирні хвости) спрямовані до центру мембрани.

Молекула має два жирні хвости, і ці вуглеводневі ланцюги можуть знаходитися у двох конфігураціях. Витягнуті - транс-конфігурація(Циліндр 0.48 нм). Другий вид – гош-транс-гош конфігурація. У цьому випадку два жирні хвости розходяться і площа збільшується до 0.58 нм.

Молекули ліпідів у нормальних умовах мають рідкокристалічну форму. І в цьому стані вони мають рухливість. Причому вони можуть як пересуватися всередині свого шару, так і перевертатися. При зниженні температури відбувається перехід із рідкого стану мембрани в желеподібний, і це зменшує рухливість молекули.

При русі молекули ліпідів утворюються мікросмужки, які називаються кінгами, які можуть захоплюватися речовини. Ліпідний шар у мембрані є бар'єром для водорозчинних речовин, проте пропускає жиророзчинні речовини.

У складі мембрани, крім ліпідів, є ще білкові молекули. В основному це глікопротеїни.

Інтегральні білки проходять через обидва шари. Інші білки частково занурені або у зовнішній, або у внутрішній шар. Вони звуться периферичних білків.

Ця модель мембрани називається рідко-кристалічною моделлю. Функціонально білкові молекули виконують структурну, транспортну, ферментативну функцію. Крім того, вони утворюють іонні канали з діаметром від 0,35 до 0,8 нм у діаметрі, через які можуть проходити іони. Канали мають свою спеціалізацію. Інтегральні білки беруть участь в активному транспорті та в полегшеній дифузії.

Периферичним білкам на внутрішній стороні мембрани характерна ферментативна функція. На внутрішній стороні - антигенна (антитіла) та рецепторна функції.

Вуглецеві ланцюгиможуть приєднатися до білкових молекул, і тоді утворюються глікопротеїни. Або до ліпідів, тоді вони називаються гліколіпідами.

Основними функціямиклітинних мембран будуть:

1. Бар'єрна функція

2. Пасивне та активне перенесення речовин.

3. Метаболічна функція (завдяки наявності в них ферментних систем)

4. Мембрани беруть участь у створенні електричних потенціалів у стані спокою, а при збудженні – струмів дії.

5. Рецепторна функція.

6. Імунологічна (пов'язана з наявністю антигенів та виробленням антитіл).

7. Забезпечують міжклітинну взаємодію та контактне гальмування.

При контакті однорідних клітин виникає гальмування поділу клітин. Ця функція втрачається у ракових клітин. Крім того, ракові клітини вступають у контакт не тільки зі своїми, але й іншими клітинами, заражаючи їх.

Функція проникності мембран. Транспорт.

Транспорт речовин через мембрани може бути пасивним та активним.

Пасивне перенесенняречовин через мембрани проходить без витрат енергії за наявності градієнтів (різниці концентрацій речовин, різниці електрохімічного градієнта, за наявності градієнта тиску та осмотичного градієнта). При цьому пасивний транспорт здійснюється за допомогою:

Дифузії.

Фільтрування. Здійснюється за наявності різниці гідростатичного тиску.

Осмос. При осмосі відбувається рух розчинника. Тобто вода з чистого розчину переходитиме в розчин із більшою концентрацією.

У всіх цих випадках не відбувається витрати енергії. Речовини йдуть через пори, які є у мембрані.

У мембрані існують пори з повільною провідністю, але таких пір у мембрані небагато. Більшість каналів у мембрані мають у своїй будові ще комірний механізм, який перекриває канал. Ці канали можуть керуватися двома способами: реагувати на зміну заряду (електровозбудимые чи потенциалозависимые канали). В іншому випадку ворота в каналі відкриваються, коли приєднується хімічна речовина (хемозбудлива або лігандозалежна).

Активне перенесенняречовин через мембрану пов'язані з перенесенням речовин проти градієнта.

Для активного транспорту використовуються інтегральні білки, які мають ферментативні функції. Як енергія використовується АТФ. Інтегральні білки мають спеціальні механізми (білок), які активізуються або при підвищенні концентрації речовини зовні клітини, або при зниженні всередині.

Струми спокою.

Мембранний потенціал. Зовні мембрана заряджена позитивно, а зсередини негативною. 70-80 мВ.

Струм пошкодження - це різниця заряду між непошкодженим та пошкодженим. Пошкоджений заряджений негативно щодо цілої.

Метаболічний струм - це різниця понетціалів внаслідок різної інтенсивності обмінних процесів.

Походження мембранного потенціалу пояснюють із погляду мембранно-іонної теорії, яка враховує неоднакову проникність мембрани для іонів та різний склад іонів у внутрішньоклітинній та міжклітинній рідині. Встановлено, що і внутрішньоклітинна та міжклітинна рідина мають однакову кількість і позитивних та негативних іонів, проте склад різний. Зовнішня рідина: Na + , Cl - Внутрішня рідина: K + , A - (органічні аніони)

У стані спокою мембрана по-різному проникна для іонів. Найбільша проникність калію, потім йде натрій і хлор. Для органічних аніонів мембрани не проникні.

Внаслідок підвищеної проникності для іонів калію вони виходять з клітини. Внаслідок чого всередині накопичуються орг. аніони. В результаті створюється різниця потенціалів (дифузійний калієвий потенціал), який іде доти, доки він може виходити.

Розрахунковий калієвий потенціал дорівнює -90 мВ. А практичний потенціал дорівнює –70 мВ. Це свідчить, що у створенні потенціалу бере участь і інший іон.

Щоб стримувати потенціал у мембрані, клітина повинна працювати, бо переміщення іонів калію з клітини, а натрію в клітину, призвело б до порушення рівності знака. Мембрани поляризовані. Зовні заряд буде позитивним, а зовні негативним.

Стан електричного заряду мембрани.

Реверсія або овершут - зміна знаку заряду. Повернення до вихідного заряду – реполяризація.

Струми при збудженні.

При дії подразника мембрану відбувається короткочасне збудження. Процес збудження є локальним і поширюється вздовж мембрани, та був деполяризується. У міру руху збудження деполяризується нова ділянка мембрани і т.д. Струм дії є двофазним струмом.

У кожній фазі струму дії можна виділити локальну відповідь, яка змінюється піковим потенціалом, і за піковим потенціалом йде негативний та позитивний слідовий потенціал. Виникає під час дії подразника. Для пояснення струму дії було запропоновано мембранно-монна теорія(Ходжі, Хакслі, Катц). Вони показали, що потенціал дії більший за потенціал спокою. При дії подразника на мембрану відбувається усунення заряду на мембрану (часткова деполяризація) і це викликає відкриття натрієвих каналів. Натрій проникає всередину клітини, поступово знижуючи заряд на мембрані, але потенціал дії виникає не за будь-якої дії, а лише за критичної величини (змінитися на 20-30 мВ) - критична деполяризація. При цьому відкриваються практично всі канали натрієві відкриті і в цьому випадку натрій починає лавиноподібно проникати в клітину. Виникає повна деполяризація. У цьому процес не зупиняється, а продовжує надходити у клітину і заряджає до +40. На вершині пікового потенціалу відбувається закриття h воріт. За такого значення потенціалу в мембрані відкриваються калієві ворота. І оскільки Ка + більше всередині, починається вихід Ка + з клітини, і заряд почне повертатися до вихідної величини. Спочатку він йде швидко, а потім сповільнюється. Це явище зветься негативного хвостового потенціалу. Потім заряд відновлює вихідну величину, а після цього реєструється позитивний слідовий потенціал, що характеризується підвищеною проникністю для калію. Виникає стан гіперполяризації мембрани (позитивний слідовий потенціал). Рух іонів пасивно. За одне збудження 20 000 інів натрію входять у клітину, і 20 000 іонів калію виходять із клітини.

Насосний механізм необхідний відновлення концентрації. 3 позитивні іони натрію вносяться, а 2 іони калію виходять назовні при активному транспорті.

Збудливість мембрани змінюється, отже і потенціал дії. Під час локальної відповіді відбувається поступове підвищення збудження. Під час пікової відповіді збудження зникає.

При негативному слідовому потенціалі збудливість знову підвищуватиметься, оскільки мембрана знову частково деполяризована. У фазі позитивного світлового потенціалу відбувається зниження збуджуваності. У умовах збудливість знижується.

Швидкість збудливого процесу – лабільність. Міра лабільності – кількість збуджень в одиницю часу. Нервові волокна відтворюють від 500 до 1000 імпульсів за секунду. Різні тканини мають різну лабільність.

2. Рецептори, їх класифікація: по локалізації (мембранні, ядерні), механізму розвитку процесів (іоно- та метаботропні), за швидкістю прийому сигналу (швидкі, повільні), за родом сприймаючих речовин.

Отримання клітиною сигналу від первинних посередників забезпечується особливими білками-рецепторами, котрим первинні посередники є лігандами. Для забезпечення рецепторної функції молекули білків повинні відповідати низці вимог:

• мати високу вибірковість до ліганду;
• кінетика зв'язування ліганду повинна описуватися кривою з насиченням, що відповідає стану повної зайнятості всіх молекул рецепторів, кількість яких на мембрані обмежена;
• рецептори повинні мати тканинну специфічність, що відображає наявність або відсутність даних функцій у клітинах органу-мішені;
• зв'язування ліганду та його клітинний (фізіологічний) ефект мають бути оборотними, параметри спорідненості повинні відповідати фізіологічним концентраціям ліганду.

Клітинні рецептори поділяються на такі класи:

• мембранні
• рецепторні тирозинкінази
• рецептори, пов'язані з G-білками
• іонні канали
• цитоплазматичні
• ядерні

Мембранні рецептори розпізнають великі (наприклад інсулін) або гідрофільні (наприклад, адреналін) сигнальні молекули, які не можуть самостійно проникати в клітину. Невеликі гідрофобні сигнальні молекули (наприклад, трийодтиронін, стероїдні гормони, CO, NO) здатні проникати у клітину рахунок дифузії. Рецептори таких гормонів, зазвичай, є розчинними цитоплазматичними або ядерними білками. Після зв'язування ліганду з рецептором інформація про цю подію передається далі по ланцюгу і призводить до формування первинної та вторинної клітинної відповіді.

Два основні класи мембранних рецепторів – це метаботропні рецептори та іонотропні рецептори.

Іонотропні рецептори є мембранними каналами, що відкриваються або закриваються при зв'язуванні з лігандом. Іонні струми, що виникають при цьому, викликають зміни трансмембранної різниці потенціалів і, внаслідок цього, збудливості клітини, а також змінюють внутрішньоклітинні концентрації іонів, що може вдруге призводить до активації систем внутрішньоклітинних посередників. Одним із найбільш повно вивчених іонотропних рецепторів є н-холінорецептор.

Структура G-білка, що складається з трьох типів одиниць (гетеротримерного) - αt/αi (блакитні), β (червона) та γ (зелена)

Метаботропні рецептори пов'язані із системами внутрішньоклітинних посередників. Зміна їх конформації при зв'язуванні з лігандом призводить до запуску каскаду біохімічних реакцій, і, зрештою, зміни функціонального стану клітини. Основні типи мембранних рецепторів:

Рецептори, пов'язані з гетеротримерними білками G (наприклад, рецептор вазопресину).

Рецептори, що мають внутрішню тирозинкіназну активність (наприклад, рецептор інсуліну або рецептор епідермального фактора росту).

Рецептори, пов'язані з G-білками, є трансмембранними білками, що мають 7 трансмембранних доменів, позаклітинний N-кінець і внутрішньоклітинний C-кінець. Сайт зв'язування з лігандом знаходиться на позаклітинних петлях, домен зв'язування з G-білком поблизу C-кінця в цитоплазмі.

Активація рецептора призводить до того, що його α-субодиниця дисоціює від βγ-субодиничного комплексу і таким чином активується. Після цього вона або активує, навпаки інактивує фермент, що продукує вторинні посередники.

Рецептори з тирозинкіназною активністю фосфорилируют наступні внутрішньоклітинні білки, що часто теж є протеїнкіназами, і таким чином передають сигнал всередину клітини. За структурою це трансмембранні білки з одним мембранним доменом. Як правило, гомодимери, субодиниці яких пов'язані дисульфідними містками.

3. Іонотропні рецептори, метаботропні рецептори та їх різновиди. Системи вторинних посередників дії метаботропних рецепторів (цАМФ, ц ГМФ, інозитол-3-фосфат, діацилгліцерол, іони Са++).

Рецептори нейромедіаторів розташовуються на мембранах нейронів або клітин-мішеней (м'язові або залізисті клітини). Їхня локалізація може бути і на постсинаптичних, і на пресинаптичних мембранах. На пресинаптичних мембранах частіше розташовуються так звані ауторецептори, які регулюють виділення цього медіатора з пресинаптичного закінчення. Але є й гетероауторецептори, які також регулюють виділення медіатора, але у цих рецепторах виділення одного медіатора регулює інший медіатор чи нейромодулятор.

Більшість рецепторів - це мембранозв'язані олігомерні білки, які пов'язують ліганд (нейромедіатор) з високою спорідненістю та високою селективністю. Внаслідок цієї взаємодії запускається каскад внутрішньоклітинних змін. Рецептори характеризуються спорідненістю до ліганду, кількістю, насичуваністю та здатністю до дисоціації рецептор-лігандного комплексу. У деяких рецепторів виявлено ізоформи, які відрізняються спорідненістю до певних лігандів. Ці ізоформи можуть бути в одній і тій же тканині.

Ліганди - це речовини, що вибірково взаємодіють з даним рецептором. Якщо фармакологічна речовина активує даний рецептор, воно є агоністом для нього, а якщо знижує його активність – то антагоністом.

Зв'язування ліганду з рецептором призводить до зміни конформації рецептора, за рахунок чого або відкриваються іонні канали, або запускається каскад реакцій, що призводять до змін метаболізму.

Виділяють іонотропні та метаботропні рецептори.

Іонотропні рецептори. Внаслідок утворення постсинаптичного потенціалу відбувається відкриття відповідного іонного каналу або відразу при дії медіатора або через активацію G-білка. При цьому рецептор або сам утворює іонний канал або пов'язаний з ним. Після приєднання ліганду та активації рецептора відбувається відкриття каналу для відповідного іона. У результаті мембрані утворюється постсинаптичний потенціал. Іонотропні рецептори - це шлях швидкої передачі сигналу та утворення ПСП без зміни процесів метаболізму у клітині.

Метаботропні рецептори. Це складніший шлях передачі сигналу. При цьому після зв'язування ліганду з рецептором відбувається активація каскаду фосфорилування-дефосфорилування. Це здійснюється або прямо, або через вторинні посередники, наприклад, через тирозинкіназу, або через цАМФ, або цГМФ, або інозитолтрифосфат, або діацилгліцерол, або за рахунок збільшення внутрішньоклітинного кальцію, що в результаті призводить до активації протеїнкіназ. Фосфорилювання найчастіше включає активацію цАМФ-залежної або діацилгліцерол-залежної протеїнкінази. Ці ефекти розвиваються повільніше і тривають довше.

Спорідненість рецептора до відповідного нейромедіатора може змінюватися так само, як і до гормонів, наприклад, за рахунок алостеричних змін рецептора або інших механізмів. Тому зараз рецептори позначають як мобільні структури, що легко змінюються. Входячи до складу мембрани білки-рецептори можуть взаємодіяти з іншими мембранними білками (так звана інтерналізація рецепторів). Нейромодулятори, як і нейромедіатори, можуть впливати на число та чутливість рецепторів. Тривала присутність великих кількостей нейромедіатора або нейромодулятора може знижувати їхню чутливість (даун-регуляція), а недолік лігандів підвищуватиме їх чутливість (ап-регуляція).

4. Іонні канали, їхня будова. Класифікація іонних каналів. Натрієвий та калієвий канали.

Будова та функції іонних каналів. Іони Na ​​+ , K + , Са 2+ , Сl - проникають усередину клітини і виходять назовні через спеціальні, заповнені рідиною канали. Розмір каналів досить малий (діаметр 0,5-0,7 нм). Розрахунки показують, що сумарна площа каналів займає незначну частину поверхні клітинної мембрани.

Функцію іонних каналів вивчають у різний спосіб. Найбільш поширеним є метод фіксації напруги, або «voltage-clamp» (рис. 2.2). Сутність методу полягає в тому, що за допомогою спеціальних електронних систем у процесі досвіду змінюють і фіксують на певному рівні мембранний потенціал. При цьому вимірюють величину іонного струму, що протікає через мембрану. Якщо різниця потенціалів постійна, то відповідно до закону Ома величина струму пропорційна провідності іонних каналів. У відповідь на ступінчасту деполяризацію відкриваються ті чи інші канали, відповідні іони входять у клітину електрохімічним градієнтом, тобто виникає іонний струм, який деполяризує клітину. Ця зміна реєструється за допомогою керуючого підсилювача і через мембрану пропускається електричний струм, що дорівнює за величиною, але протилежний у напрямку мембранного іонного струму. При цьому трансмембранна різниця потенціалів не змінюється. Спільне використання методу фіксації потенціалу та специфічних блокаторів іонних каналів призвело до відкриття різних типів іонних каналів у клітинній мембрані.

В даний час встановлено багато типів каналів для різних іонів (табл. 2.1). Одні з них дуже специфічні, інші, крім основного іона, можуть пропускати інші іони.

Вивчення функції окремих каналів можливе методом локальної фіксації потенціалу «path-clamp»; Мал. 2.3, А). Скляний мікроелектрод (мікропіпетка) заповнюють сольовим розчином, притискають до поверхні мембрани і створюють невелике розрідження. При цьому частина мембрани підсмоктується до мікроелектрод. Якщо в зоні присмоктування виявляється іонний канал, то реєструють активність одиночного каналу. Система подразнення та реєстрації активності каналу мало відрізняється від системи фіксації напруги.

Таблиця 2.1.Найважливіші іонні канали та іонні струми збудливих клітин

Тип каналу	Функція		Блокатор каналу
Калієвий (у спокої)	Генерація потенціалу спокою	I K + (витік)
Натрієвий	Генерація потенціалу дії
Кальцієвий	Генерація повільних потенціалів		D-600, верапаміл
Калієвий (затримане випрямлення)	Забезпечення реполяризації	I K + (затримка)
Калієвий кальцій-активований	Обмеження деполяризації, обумовленої струмом Са 2+

Примітка.ТЕА - тетраетиламмоній; ТТХ – тетродотоксин.

Зовнішня частина каналу порівняно доступна вивчення, вивчення внутрішньої частини становить значні труднощі. П. Г. Костюком був розроблений метод внутрішньоклітинного діалізу, який дозволяє вивчати функцію вхідних та вихідних структур іонних каналів без застосування мікроелектродів. Виявилося, що частина іонного каналу, відкрита у позаклітинний простір, за своїми функціональними властивостями відрізняється від частини каналу, зверненої у внутрішньоклітинне середовище.

Саме іонні канали забезпечують дві важливі властивості мембрани: селективність і провідність.

Селективність, або вибірковість, канал забезпечується його особливою білковою структурою. Більшість каналів є електрокерованими, тобто їхня здатність проводити іони залежить від величини мембранного потенціалу. Канал неоднорідний за своїми функціональними характеристиками, особливо це стосується білкових структур, що знаходяться біля входу в канал і у його виходу (так звані воротні механізми).

5. Поняття про збудливість. Параметри збудливості нервово-м'язової системи: поріг подразнення (реобазу), корисний час (хронаксія). Залежність сили роздратування від часу дії (крива Гоорвега-Вейса). Рефрактерність.

Збудливість- здатність клітини відповідати на роздратування формування ПД та специфічною реакцією.

1) фаза локальної відповіді – часткова деполяризація мембрани (входження Na+ у клітину). Якщо нанести подразник невеликий, то відповідь – сильніша.

Локальна деполяризація – фаза екзальтації.

2) фаза абсолютної рефрактерності - властивість збудливих тканин не формувати ПД ні за якого за силою подразника

3) фаза відносної рефрактерності.

4) фаза повільної реполяризації - роздратування - знову сильна відповідь

5) фаза гіперполяризації – збудливість менша (субнормальна), стимул має бути більшим.

Функціональна лабільність- Оцінка збудливості тканини через максимально можливу кількість ПД в одиницю часу.

Закони порушення:

1) закон сили - сила подразника має бути пороговою чи надпороговою (мінімальна величина сили, що викликає збудження). Чим сильніший подразник, тим сильніше збудження - лише об'єднань тканини (нервовий стовбур, м'яз, виняток - ГМК).

2) закон часу - тривалий діючий подразник повинен бути достатнім для виникнення збудження.

Між силою та часом назад пропорційна залежність у межах між мінімальним часом та мінімальною силою. Мінімальна сила – реобаза – сила, яка викликає збудження і не залежить від тривалості. Мінімальний час – корисний час. Хронаксія - збудливість тієї чи іншої тканини, час, при якому виникає збудження, дорівнює двом реобаз.

Чим більша сила, тим більша відповідь до певного значення.

Фактори, що створюють МПП:

1) різниця концентрацій натрію та калію

2) різна проникність для натрію та калію

3) робота Na-К насоса (3 Na+ виводиться, 2 К+ повертається).

Залежність між силою подразника і тривалістю його впливу, необхідного для виникнення мінімальної реакції реакції живої структури, дуже добре можна простежити на так званій кривій сили - часу (крива Гоорвега-Вейса-Лапіка).

З аналізу кривої випливає, що, хоч якою була велика сила подразника, при недостатній тривалості його впливу реакції у відповідь не буде (точки зліва від висхідної гілки гіперболи). Аналогічне явище спостерігається при тривалій дії подпорогових подразників. Мінімальна сила струму (або напруги), здатна викликати збудження, названа Лапиком реобазою (відрізок ординати ОА). Найменший проміжок часу, протягом якого струм, рівний за силою подвоєної реобази, викликає в тканині збудження, називають хронаксією (відрізок абсциси OF), яка є показником порогової тривалості подразнення. Хронаксія вимірюється у δ (тисячні частки секунди). За величиною хронаксії можна судити про швидкість виникнення збудження у тканині: що менше хронаксія, то швидше виникає збудження. Хронаксія нервових і м'язових волокон людини дорівнює тисячним і десятитисячним часткам секунди, а хронаксія про повільних тканин, наприклад м'язових волокон шлунка жаби, - сотим часткам секунди.

Визначення хронаксії збудливих тканин набуло широкого поширення у експерименті, а й у фізіології спорту, в клініці. Зокрема шляхом вимірювання хронаксії м'яза невропатолог може встановити наявність пошкодження рухового нерва. Необхідно відзначити, що подразник може бути досить сильним, мати граничну тривалість, але низьку швидкість наростання в часі до граничної величини, збудження в цьому випадку не виникає. Пристосування збудливої ​​тканини до подразника, що повільно наростає, отримало назву акомодації. Акомодація зумовлена ​​тим, що за час наростання сили подразника в тканині встигають розвинутися активні зміни, що підвищують поріг подразнення та перешкоджають розвитку збудження. Таким чином, швидкість наростання подразнення в часі, або градієнт подразнення, має важливе значення для виникнення збудження.

Закон градієнта роздратування. Реакція живої освіти на подразник залежить від градієнта подразнення, тобто від терміновості або крутості наростання подразника в часі: чим вищий градієнт подразнення, тим сильніша (до певних меж) реакція у відповідь збудливої ​​освіти.

Отже закони подразнення відбивають складні взаємовідносини між подразником і збудливою структурою за її взаємодії. Для виникнення збудження подразник повинен мати граничну силу, мати граничну тривалість і мати певну швидкість наростання в часі.

6. Іонні насоси (АТФ-ази):K+- Na+-ева,Ca2+-ева (плазмолеми та саркоплазматичного ретикулуму),H+- K+-обмінник.

Згідно з сучасними уявленнями, в біологічних мембранах є іонні насоси, що працюють за рахунок вільної енергії гідролізу АТФ, - спеціальні системи інтегральних білків (транспортні АТФази).

В даний час відомі три типи електрогенних іонних насосів, що здійснюють активне перенесення іонів через мембрану (рис.13).

Перенесення іонів транспортними АТФазами відбувається внаслідок поєднання процесів перенесення з хімічними реакціями за рахунок енергії метаболізму клітин.

При роботі К+-Na+-АТФази за рахунок енергії, що звільняється при гідролізі кожної молекули АТФ, в клітину переноситься два іони калію і одночасно з клітини викачуються три іони натрію. Таким чином, створюється підвищена порівняно з міжклітинним середовищем концентрація в клітині іонів калію та знижена натрію, що має велике фізіологічне значення.

Ознаки «біонасосу»:

1. Рух проти градієнта електрохімічного потенціалу.

2. потік речовини сполучений з гідролізом АТФ (або іншого джерела енергії).

3. асиметрія транспортної машини.

4. насос in vitro здатний гідролізувати АТФ лише у присутності тих іонів, що він переносить in vivo.

5. при вбудовуванні насоса в штучне середовище він може зберігати селективність.

Молекулярний механізм роботи іонних АТФаз остаточно не вивчений. Проте простежуються основні етапи цього складного ферментативного процесу. У разі К+-Nа+-АТФази налічується сім етапів перенесення іонів, пов'язаних із гідролізом АТФ.

На схемі видно, що ключовими етапами роботи ферменту є:

1) утворення комплексу ферменту з АТФ на внутрішній поверхні мембрани (ця реакція активується іонами магнію);

2) зв'язування комплексом трьох іонів натрію;

3) фосфорилювання ферменту з утворенням аденозиндифосфату;

4) переворот (фліп-флоп) ферменту всередині мембрани;

5) реакція іонного обміну натрію на калій, що відбувається на зовнішній поверхні мембрани;

6) зворотний переворот ферментного комплексу з перенесенням іонів калію всередину клітини;

7) повернення ферменту у вихідний стан зі звільненням іонів калію та неорганічного фосфату (Р).

Таким чином, за повний цикл відбуваються викид із клітини трьох іонів натрію, збагачення цитоплазми двома іонами калію та гідроліз однієї молекули АТФ.

7. Мембранний потенціал, величина та походження.

Запропоновано багато теорій, які пояснюють походження біопотенціалів. Найбільш повно експериментально обґрунтовано мембранну теорію, запропоновану німецьким дослідником Бернштейном (1902, 1912). У сучасний період ця теорія модифікована та експериментально розроблена Ходжкіним, Хакслі, Катцем (1949-1952).

Встановлено, що в основі біоелектричних явищ лежить нерівномірний розподіл (асиметрія) іонів у цитоплазмі клітини та навколишньому середовищі. Так, протоплазма нервових і м'язових клітин містить у 30-50 разів більше іонів калію, у 8-10 разів менше іонів натрію та у 50 разів менше іонів хлору, ніж позаклітинна рідина. Крім того, до складу цитоплазми клітини входять органічні аніони (великомолекулярні сполуки, що несуть негативний заряд), які відсутні у позаклітинному середовищі.

Прихильники мембранної теорії основною причиною іонної асиметрії вважають наявність клітинної мембрани зі специфічними властивостями.

Мембрана клітини – це ущільнений шар цитоплазми, товщина якого близько 10 нм (100 А). Використання електронно-мікроскопічних методів дослідження дозволило визначити тонку структуру мембрани (рис. 55). Клітинна мембрана складається з подвійного шару молекул фосфоліпідів, який покритий зсередини шаром білкових молекул, а зовні шаром молекул складних вуглеводів - мукополісахаридів. У мембрані є спеціальні канали - "пори", через які вода та іони проникають усередину клітини. Припускають, що з кожного іона є спеціальні канали. У зв'язку з цим проникність мембрани для тих чи інших іонів залежатиме від розмірів пор та діаметрів самих іонів.

У стані відносного фізіологічного спокою мембрана має підвищену проникність для іонів калію, проникність її для іонів натрію різко знижена.

Таким чином, особливості проникності клітинної мембрани, а також розміри самих іонів є однією з причин, що забезпечують асиметрію розподілу іонів з обох боків клітинної мембрани. Іонна асиметрія - одна з основних причин виникнення потенціалу спокою, при цьому провідна роль належить нерівномірному розподілу іонів калію.

Ходжкіним виконані класичні досліди на гігантському нервовому волокні кальмара. Вирівнювали концентрацію іонів калію всередині волокна та в навколишній рідині – потенціал спокою зникав. Якщо ж волокно заповнювалося штучним сольовим розчином, близьким за складом до внутрішньоклітинної рідини, між внутрішньою та зовнішньою сторонами мембрани встановлювалася різниця потенціалів, приблизно рівна потенціалу спокою нормального волокна (50-80 мВ).

Механізм виникнення потенціалу дії значно складніший. Основна роль виникнення струмів дії належить іонам натрію. При дії подразника порогової сили проникність мембрани клітини для іонів натрію зростає в 500 разів і перевищує проникність іонів калію в 10-20 разів. У зв'язку з цим натрій лавиноподібно спрямовується у клітину, що призводить до перезарядки клітинної мембрани. Зовнішня поверхня заряджається негативно по відношенню до внутрішньої. Відбувається деполяризація клітинної мембрани, що супроводжується реверсією мембранного потенціалу. Під реверсією мембранного потенціалу розуміють ту кількість мілівольт (мВ), яку потенціал дії перевищує потенціал спокою. Відновлення вихідного рівня мембранного потенціалу (реполяризація) здійснюється за рахунок різкого зниження натрієвої проникності (інактивація) та активного перенесення іонів натрію з цитоплазми клітини у навколишнє середовище.

Докази натрієвої гіпотези потенціалу дії були отримані Ходжкіним. Справді, якщо потенціал дії має натрієву природу, то варіюючи концентрацію іонів натрію можна змінити величину потенціалу дії. Виявилося, що при заміні 2/3 морської води, яка є нормальним навколишнім середовищем для гігантського аксона кальмара, ізотонічний розчин декстрози, тобто при зміні концентрації натрію в навколишньому середовищі на 2/3, потенціал дії зменшується наполовину.

Таким чином, виникнення біопотенціалів є функцією біологічної мембрани, що має вибіркову проникність. Величина потенціалу спокою та потенціалу дії обумовлюється іонною асиметрією у системі клітина – середовище.

8. Електричні явища в нервовій та м'язовій тканинах при збудженні. Потенціал дії, його величина, фази та тривалість. Співвідношення фаз потенціалу дії із фазами збудливості.

Вище ми вже показували, що проведення збудження в нервових та м'язових волокнах здійснюється за допомогою електричних імпульсів, що розповсюджуються поверхневою мембраною. А передача збудження з нерва на м'яз заснована на іншому механізмі. Вона здійснюється внаслідок виділення нервовими закінченнями високоактивних хімічних сполук – медіаторів нервового імпульсу. У синапсах скелетних м'язів таким медіатором є ацетилхолін (АХ).

У нервово-м'язовому синапсі виділяють три основні структурні елементи - пресинаптична мембрана на нерві, постсинаптична мембрана на м'язі, між ними - синаптична щілина . Форма синапсу може бути різноманітною. У стані спокою АХ міститься у про синаптичних бульбашках всередині кінцевої платівки нервового волокна. Від синаптичної щілини цитоплазма волокна з синаптичними бульбашками, що плавають у ній, відділена пресинаптичною мембраною. При деполяризації пресинаптичної мембрани змінюється її заряд і проникність, бульбашки підходять близько до мембрани і виливаються в синаптичну щілину, ширина якої сягає 200-1000 ангстрем. Медіатор починає дифундувати через щілину до постсинаптичної мембрани.

Постсинаптична мембрана не електрогенна, але має високу чутливість до медіатора за рахунок наявності в ній так званих холінорецепторів - біохімічних груп, здатних вибірково реагувати з АХ. Останній досягає постсинаптичної мембрани через 02-05 мсек. (так звана "синаптична затримка") і, взаємодіючи з холінорецепторами, викликає зміну проникності мембрани для Na, що призводить до деполяризації постсинаптичної мембрани та генерації на ній хвилю деполяризації, яка носить назву збудливого постсинаптичного потенціалу, (ВПСП), величина якого перевищує Ек сусідніх, електрогенних ділянок мембрани м'язового волокна. В результаті в них виникає ПД (потенціал дії), який поширюється по всій поверхні м'язового волокна, викликаючи його скорочення, ініціюючи процес т.зв. електромеханічного сполучення (Каплінг). Медіатор у синаптичній щілині та на постсинаптичній мембрані працює дуже короткий час, тому що руйнується ферментом холінестеразою, яка готує синапс до сприйняття нової порції медіатора. Показано також, що частина АХ, що не прореагував, може повертатися в нервове волокно.

При дуже частих ритмах роздратування постсинаптичні потенціали можуть підсумовуватися, так як холінестераза не встигає повністю розщепити АХ, що виділяється в нервових закінченнях. В результаті такої сумації постсинаптична мембрана дедалі більше деполяризується. При цьому сусідні електрогенні ділянки м'язового волокна приходять у стан пригнічення, подібний до того, що розвивається при тривалій дії катода постійного струму. (катодична депресія Веріго).

Порушення у тканині проявляється у появі специфічної для неї функції (проведення збудження нервовою тканиною, скорочення м'яза, секреція залози) та неспецифічних реакціях (генерація потенціалу дії, метаболічні зміни).

Струм дії (ПД і ПКП) - електричний струм, що виникає в нервових, м'язових і деяких рослинних клітинах між їх збудженими і сусідніми ділянками, що покоїться. Зумовлений змінами іонної проникності мембрани та потенціалу, що розвиваються у збудженій ділянці. Відіграє у поширенні потенціалу дії вздовж клітини (волокна). Потенціал дії - це зсув мембранного потенціалу, що виникає в тканині при дії порогового та надпорогового подразника, що супроводжується перезарядженням клітинної мембрани.

При дії порогового або надпорогового подразника змінюється проникність клітинної мембрани для іонів різною мірою. Для іонів Na вона підвищується в 400-500 разів, і градієнт наростає швидко, для іонів К - в 10-15 разів, і градієнт розвивається повільно. В результаті рух іонів Na відбувається всередину клітини, іони К рухаються з клітини, що призводить до перезарядки клітинної мембрани. Зовнішня поверхня мембрани несе негативний заряд, внутрішня – позитивний. Точні вимірювання показали, що амплітуда потенціалу дії на 30-50 мВ перевищує величину потенціалу спокою.

Фази ПД. ПД складається з 2 фаз:

1. Фаза деполяризації. Відповідає швидкій зміні мембранного потенціалу (деполяризації мембрани) приблизно на 110 мВ. Мембранний потенціал змінюється від рівня спокою (близько -70мВ) до значення, близького до рівноважного потенціалу - потенціал при якому вхідний струм набуває нульового значення (ЕNa+ (приблизно 40 мВ)).

2. Фаза реполяризації. Мембранний потенціал знову досягає рівня спокою (мембрана реполяризується), після чого настає гіперполяризація до значення приблизно на 10 мВ меншого (більше негативного), ніж потенціал спокою, тобто. приблизно -80 мВ.

Тривалість потенціалу дії в нервових і скелетних м'язових волокнах варіює в межах 0,1 - 5 мсек., При цьому фаза реполяризації завжди триваліша фази деполяризації.

Співвідношення фаз потенціалу дії та збудливості. Рівень збудливості клітин залежить від фази ПД. У фазу локальної відповіді збудливість зростає. Цю фазу збудливості називають латентним доповненням. У фазу реполяризації ПД, коли відкриваються всі натрієві канали та іони натрію лавиноподібно спрямовуються в клітину, ніякий навіть надсильний подразник не може стимулювати цей процес. Тому фазі деполяризації відповідає фаза абсолютної рефрактерності. У фазі реполяризації дедалі більша частина натрієвих каналів закривається. Однак вони можуть знову відкриватися при дії надпорогового подразника. Цьому відповідає фаза відносної рефрактерності. Під час слідової деполяризації МП знаходиться у критичного рівня, тому навіть допорогові стимули можуть спричинити збудження клітини. Отже, у цей момент її збудливість підвищена. Ця фаза називається фазою супернормальної збудливості. У момент слідової гіперполяризації МП вище за вихідний рівень. Вона знаходиться у фазі субнормальної збудливості.

9. Будова скелетних м'язів та їх іннервація. Моторна одиниця. Фізіологічні властивості м'язів, їх особливості новонародженого.

Морфо-функціональна класифікація м'язів:

1. Поперечно-смугасті

а) скелетні - багатоядерні клітини, поперечно-смугасті, ядра ближче до сарколеми. Маса 40%.

б) серцеві – поперечно-смугасті, одноядерні клітини, ядро ​​в центрі. Маса 0,5%.

2. Гладкі – одноядерні клітини, що не мають поперечної смугастість. Входять до складу інших органів. Загальна вага 5-10%.

Загальні властивості м'язів.

1) Збудливість. ПП = - 90мВ. Амплітуда ПД = 120 мВ – реверсія знака +30 мВ.

2) Провідність – здатність проводити ПД по клітинній мембрані (3-5 м/с). Забезпечує доставку ПД до Т-трубочок і від них до L-трубочок, що вивільняє кальцій.

3) Скоротність - здатність коротшати або розвивати напругу при збудженні.

4) Еластичність – здатність повертатися до початкової довжини.

Функції скелетних м'язів:

1. Пересування тіла у просторі

2. Переміщення частин тіла один щодо одного

3. Підтримка пози

4. Теплоутворення

5. Пересування крові та лімфи (динамічна робота)

6. Участь у вентиляції легень

7. Захист внутрішніх органів

8. Антистресорний фактор

Рівні організації скелетного м'яза:

Цілісний м'яз оточений епімізією, до неї підходять судини і нерви. Окремі м'язові пучки вкриті перимізією. Пучок із клітин (м'язове волокно чи симпласт) - покриті ендомізією. Клітина містить міофібрили з міофіламентів, основні білки – актин, міозин, тропоміозин, тропонін, кальцієва АТФ-аза, креатинфосфокіназа, структурні білки.

У м'язі виділяють моторні (рухові, нейромоторні одиниці) - це функціональне об'єднання рухового нейрона, його аксона і м'язових волокон, що іннервуються цим аксоном. Ці м'язові волокна можуть розташовуватися у різних ділянках (пучках) м'язи.

Моторна одиниця (МО) є функціональною одиницею скелетного м'яза. МЕ включає у собі - руховий нейрон і иннервируемая ним група м'язових волокон.

Типи м'язових волокон:

1) повільні фазічні волокна окисного типу

2) швидкі фазичні волокна окисного типу (2а тип)

3) швидкі фазічні волокна гліколітичного типу (2б тип)

4) тонічні волокна

Механізми скорочення м'язів.

А) одиночного м'язового волокна

Б) цілого м'яза

Скелетний м'яз має наступні найважливіші властивості:

1) збудливістю - здатністю відповідати на дію подразника зміною іонної провідності та мембранного потенціалу. У природних умовах цим подразником є ​​медіатор ацетилхолін

2) провідністю - здатністю проводити потенціал дії вздовж і вглиб м'язового волокна по Т-системі;

3) скоротливістю - здатністю коротшати або розвивати напругу при збудженні;

4) еластичність - здатність розвивати напругу при розтягуванні.

10. Режими скорочення м'язів: ізотонічний та ізометричний. Абсолютна сила м'язів. Вікові зміни сили м'язів.

Скорочувальна здатність скелетного м'яза характеризується силою скорочення, яку розвиває м'яз (зазвичай оцінюють загальну силу, яку може розвивати м'яз, та абсолютну, т. е. силу, що припадає на 1 см 2 поперечного перерізу). довжиною укорочення, ступенем напруги м'язового волокна, швидкістю укорочення і розвитку напруги, швидкістю розслаблення. Оскільки ці параметри великою мірою визначаються вихідною довжиною м'язових волокон і навантаженням на м'яз, дослідження скорочувальної здатності м'язи виробляють у різних режимах.

Роздратування м'язового волокна одиночним пороговим чи надпороговим стимулом призводить до виникнення одиночного скорочення, що складається з кількох періодів (рис. 2.23). Перший — латентний період є сумою тимчасових затримок, зумовлених збудженням мембрани м'язового волокна, поширенням ПД по Т-системі всередину волокна, утворенням інозитолтрифосфату, підвищенням концентрації внутрішньоклітинного кальцію та активації поперечних містків. Для кравецького м'яза жаби латентний період становить близько 2 мс.

Другий - період укорочення, або розвитку напруги. У разі вільного укорочення м'язового волокна говорять про ізотонічному режимі скорочення, при якому напруга практично не змінюється, а змінюється лише довжина м'язового волокна. Якщо м'язове волокно закріплене з двох сторін і не може вільно коротшати, то говорять про ізометричному режимі скорочення Строго кажучи, при даному режимі скорочення довжина м'язового волокна не змінюється, тоді як розміри саркомерів змінюються за рахунок ковзання ниток актину та міозину відносно один одного. У цьому випадку напруга, що виникає, передається на еластичні елементи, розташовані всередині волокна. Еластичні властивості мають поперечні містки міозинових ниток, актинові нитки, Z-пластинки, поздовжньо розташована саркоплазматична мережа і сарколема м'язового волокна.

У дослідах на ізольованому м'язі виявляється розтягнення з'єднувальнотканинних елементів м'яза і сухожиль, яким передається напруга, що розвивається поперечними містками.

В організмі людини в ізольованому вигляді ізотонічного чи ізометричного скорочення не відбувається. Як правило, розвиток напруги супроводжується укороченням довжини м'яза. ауксотонічний режим скорочення

Третій - період розслаблення, коли зменшується концентрація іонів Са 2+ і від'єднуються головки міозину від актинових філаментів.

Вважають, що для одиночного м'язового волокна напруга, що розвивається будь-яким саркомером, дорівнює напрузі в будь-якому іншому саркомері. Оскільки саркомери з'єднані послідовно, швидкість, з якою відбувається скорочення м'язового волокна, пропорційна числу його саркомірів. Таким чином при одиночному скороченні швидкість укорочення довгого м'язового волокна вище, ніж у більш короткого. Величина зусилля, що розвивається м'язовим волокном, пропорційна числу міофібрил у волокні. При м'язовому тренуванні число міофібрил збільшується, що є морфологічним субстратом збільшення сили скорочення м'язів. Одночасно збільшується і число мітохондрії, що підвищують витривалість м'язового волокна при фізичному навантаженні.

В ізольованому м'язі величина і швидкість одиночного скорочення визначаються поруч додаткових факторів. Величина одиночного скорочення насамперед визначатиметься числом рухових одиниць, що у скороченні. Оскільки м'язи складаються з м'язових волокон з різним рівнем збудливості, є певна залежність між величиною стимулу і реакцією у відповідь. Збільшення сили скорочення можливе до певної межі, після якого амплітуда скорочення залишається незмінною зі збільшенням амплітуди стимулу. При цьому всі м'язові волокна, що входять до складу м'яза, беруть участь у скороченні.

Важливість участі всіх м'язових волокон у скороченні пока-зана щодо залежності швидкості укорочення від величини навантаження.

При нанесенні другого стимулу в період укорочення або розвитку м'язової напруги відбувається сумація двох наступних один за одним скорочень і результуюча відповідь по амп-літуді стає значно вищою, ніж при одиночному стимулі; якщо м'язове волокно або м'яз стимулювати з такою частотою, що повторні стимули будуть припадати на період укорочення, або розвитку напруги, то відбувається повна сумація одиничних скорочень і розвивається гладкий тетанус (Рис. 2.25, В). Тетанус - сильне та тривале скорочення м'яза. Вважають, що в основі цього явища лежить підвищення концентрації кальцію всередині клітини, що дозволяє здійснюватися реакції взаємодії актину та міозину та генерації м'язової сили поперечними містками досить тривалий час. При зменшенні частоти стимуляції можливий варіант, коли повторний стимул завдають у період розслаблення. У цьому випадку також виникне сумація м'язових скорочень, проте спостерігатиметься характерне западіння на кривій м'язового скорочення (рис. 2.25, Г) - неповна сумація, або зубчастий тетанус.

При тетанус відбувається сумація м'язових скорочень, в той час як ПД м'язових волокон не сумуються.

У природних умовах поодинокі скорочення кістякових м'язів не трапляються. Відбувається додавання, або суперпозиція, скорочення окремих нейромоторних одиниць. При цьому сила скорочення може збільшуватися за рахунок зміни числа рухових одиниць, що беруть участь у скороченні, так і за рахунок зміни частоти імпульсації мотонейронів. У разі збільшення частоти імпульсації спостерігатиметься сумація скорочень окремих рухових одиниць.

Однією з причин збільшення сили скорочення в природних умовах є частота імпульсів, що генеруються мотонейронами. Другою причиною цього служать збільшення числа мотонейронів, що збуджуються, і синхронізація частоти їх збудження. Зростання числа мотонейронів відповідає збільшенню кількості рухових одиниць, що беруть участь у скороченні, а зростання ступеня синхронізації їх збудження сприяє збільшенню амплітуди при суперпозиції максимального скорочення, що розвивається кожною руховою одиницею окремо.

Сила скорочення ізольованого скелетного м'яза за інших рівних умов залежить від вихідної довжини м'яза. Помірне розтягнення м'яза призводить до того, що розвивається нею сила зростає в порівнянні з силою, що розвивається нерозтягнутою мишею. Відбувається підсумовування пасивної напруги, обумовленої наявністю еластичних компонентів м'яза, та активного скорочення. Максимальна сила скорочення досягається при розмірі саркомера 2-2,2 мкм (рис. 2.26). Збільшення довжини саркомера призводить до зменшення сили скорочення, оскільки зменшується область взаємного перекриття актинових та міозинових ниток. При довжині саркомера 2,9 мкм м'яз може розвивати силу, що дорівнює лише 50% від максимально можливої.

У природних умовах сила скорочення кістякових м'язів при їх розтягуванні, наприклад, при масажі, збільшується внаслідок роботи гамма-еферентів.

Абсолютна м'язова сила - відношення максимальної сили м'яза до її фізіологічного діаметра, тобто. максимальний вантаж, який піднімає м'яз, поділений на сумарну площу всіх м'язових волокон. Сила скорочення не залишаються постійними протягом усього життя. Через війну тривалої діяльності працездатність скелетної мускулатури знижується. Це називається втомою. При цьому знижується сила скорочень, збільшуються латентний період скорочення та період розслаблення.

11. Поодинокі скорочення м'яза, його фази. Фази зміни збудливості м'язів. Особливості одиночного скорочення у новонароджених.

Роздратування м'яза або рухового нерва, що його іннервує, одиночним стимулом викликає одиночне скорочення м'яза. У ньому розрізняють дві основні фази: фазу скорочення та фазу розслаблення. Скорочення м'язового волокна починається вже під час висхідної гілки ПД. Тривалість скорочення у кожній точці м'язового волокна вдесятеро перевищує тривалість ПД. Тому настає момент, коли ПД пройшов уздовж усього волокна і закінчився, хвиля скорочення охопила все волокно і воно продовжує бути укороченим. Це відповідає моменту максимального скорочення або напруги м'язового волокна.

Скорочення кожного окремого м'язового волокна при одиночних скороченнях підпорядковується закону все або нічогоЦе означає, що скорочення, що виникає як при пороговому, так і при надпороговому роздратуванні, має максимальну амплітуду. Величина ж одиночного скорочення всього м'яза залежить від сили подразнення. поки не досягне відомої висоти, після чого вже залишається незмінною (максимальне скорочення). зі швидкістю поширення ПД. У двоголовому м'язі плеча вона дорівнює 3,5-5,0 м/сек.

Поодиноке скорочення – скорочення на одне роздратування. У ньому виділяють латентний період, фазу скорочення та фазу розслаблення. На момент латентного періоду виникає рефроктерна фаза. Але вже на початку фази скорочення вона відновлюється.

12. Сумація скорочень м'язів. Тетанічні скорочення.

Якщо в експерименті на окреме м'язове волокно або на весь м'яз діють два сильних одиночних подразнення, що швидко наступають один за одним, то скорочення, що виникає, матиме більшу амплітуду, ніж максимальне одиночне скорочення. Скоротливі ефекти, спричинені першим і другим роздратуванням, начебто складаються. Це явище називається сумації скорочень. Для виникнення сумації необхідно, щоб інтервал між подразненнями мав певну тривалість - він повинен бути довшим за рефрактерний період, але коротше всієї тривалості одиночного скорочення, щоб друге роздратування подіяло на м'яз раніше, ніж він встигне розслабитися. При цьому можливі два випадки. Якщо друге роздратування надходить, коли м'яз вже почав розслаблятися, на міографічній кривій вершина другого скорочення відокремлюватиметься від першого западенням. Якщо ж друге роздратування діє, коли перше скорочення ще дійшло своєї вершини, то друге скорочення хіба що зливається з першим, утворюючи разом із ним єдину підсумовану вершину. Як за повної, і за неповної сумації ПД не сумуються. Таке сумоване скорочення у відповідь ритмічні роздратування називаються тетанусом. Залежно від частоти подразнення він буває зубчастий та гладкий.

Причина сумації скорочень при тетанусі криється у накопиченні іонів Са++ у міжфібрилярному просторі до концентрації 5*10 6 мМ/л. Після досягнення цієї величини подальше накопичення Са ++ не призводить до збільшення амплітуди тетанусу.

Після припинення тетанічного роздратування волокна спочатку розслабляються в повному обсязі, та його вихідна довжина відновлюється лише після деякого часу. Це називається посттетанической, чи залишкової контрактурою. Вона з тим. що потрібно більше часу для видалення з міжфібрилярного простору всього Са ++, що потрапив туди при ритмічних стимулах і не встиг повністю піти в цистерни саркоплазматичного ретикулюму роботою Са-насосів.

Якщо після досягнення гладкого тетануса ще більше збільшувати частоту подразнення, то м'яз при якійсь частоті раптом починає розслаблятися. Це явище називається песимумом . Він настає тоді, коли кожен наступний імпульс потрапляє у рефрактерність від попереднього.

13. Ультраструктура міофібрил. Скоротливі білки (актин, міозин). Регуляторні білки (тропонін, тропоміозин) у складі тонких протофібрил. Теорія скорочення м'язів.

Міофібрили являють собою скорочувальний апарат м'язового волокна. У поперечно-смугастих м'язових волокнах міофібрили розділені на ділянки, що правильно чергуються (диски), що володіють різними оптичними властивостями. Одні із цих ділянок анізотропні, тобто. мають подвійне променезаломлення. У звичайному світлі вони виглядають темними, а в поляризованому прозорими в поздовжньому і непрозорими в поперечному напрямку. Інші ділянки ізотропні і виглядають прозорими при звичайному світлі. Анізотропні ділянки позначаються буквою А, ізотропні - I.Всередині диска А проходить світла смужка Н, а посередині диска I проходить темна смужка Z, Що являє собою тонку поперечну мембрану, крізь пори якої проходять міофібрили. Завдяки наявності такої опорної структури паралельно розташовані однозначні диски окремих міофібрил всередині одного волокна під час скорочення не зміщуються один до одного.

Встановлено, що кожна з міофібрил має діаметр близько 1 мк і складається в середньому з 2500 протофібрил, що є подовжені полімеризовані молекули міозину білком і актину. Міозинові нитки (протофібрили) вдвічі товщі за актинові. Їхній діаметр становить приблизно 100 ангстрем. У стані спокою м'язового волокна нитки розташовані в міофібрилі таким чином, що тонкі довгі актинові нитки входять своїми кінцями в проміжки між товстими і короткими міозиновими нитками. У такій ділянці кожна товста нитка оточена 6 тонкими. Завдяки цьому диски складаються тільки з актинових ниток, а диски А ще і з ниток міозину. Світла смужка Н є зону, вільну в період спокою від актинових ниток. Мембрана Z, проходячи через середину диска I, скріплює між собою нитки актину.

Важливим компонентом ультрамікроскопічної структури міофібрил є численні поперечні містки на міозині. У свою чергу на нитках актину є так звані активні центри, у спокої прикриті, як чохлом, спеціальними білками - тропоніном та тропоміозином. В основі скорочення лежить процес ковзання ниток актину щодо міозинових ниток. Таке ковзання викликається роботою т.зв. " хімічного зубчастого колеса " , тобто. періодичних циклів змін стану поперечних містків та їх взаємодії з активними центрами на актині. У цих процесах важливу роль відіграють АТФ та іони Са+.

При скороченні м'язового волокна нитки актину і міозину не коротшають, а починають ковзати один по одному: актинові нитки всуваються між міозиновими, в результаті чого довжина дисків I коротшає, а диски А зберігають свій розмір, зближуючись один з одним. Смужка Н майже зникає, т.к. кінці актину стикаються і навіть заходять один за одного.

14. Зв'язок збудження та скорочення (електромеханічного сполучення) у м'язових волокнах. Роль іонів кальцію. Функція саркоплазматичного ретикулуму.

У кістяковому м'язі в природних умовах ініціатором м'язового скорочення є потенціал дії, що поширюється при збудженні вздовж поверхневої мембрани м'язового волокна.

Якщо кінчик мікроелектрода прикласти до поверхні м'язового волокна в ділянці мембрани Z, то при нанесенні дуже слабкого електричного стимулу, що викликає деполяризацію, диски I по обидва боки місця подразнення почнуть коротшати. при цьому збудження поширюється вглиб волокна, вздовж мембрани Z. Подразнення інших ділянок мембрани такого ефекту не викликає. З цього випливає, що деполяризація поверхневої мембрани в ділянці диска I при поширенні ПД є пусковим механізмом скорочувального процесу.

Подальші дослідження показали, що важливою проміжною ланкою між деполяризацією мембрани і початком м'язового скорочення є проникнення міжфібрилярний простір вільних іонів СА++. У стані спокою основна частина Са++ у м'язовому волокні зберігається у саркоплазматичному ретикулюмі.

У механізмі м'язового скорочення особливу роль відіграє та частина ретикулюма, яка локалізована в ділянці мембрани Z. Електронно-мікроскопічно тут виявляється т.зв. тріада (Т-система), Кожна з яких складається з центрально розташованої в області мембрани Z тонкої поперечної трубочки, що йде поперек волокна, і двох бічних цистерн саркоплазматичного ретикулюма, в яких укладений Са++. ПД, що розповсюджується вздовж поверхневої мембрани, проводиться вглиб волокна поперечними трубочками тріад. Потім збудження передається на цистерни, деполяризує їхню мембрану і вона стає проникною для СА++.

Експериментально встановлено, що існує деяка критична концентрація вільних іонів Са++, за якої починається скорочення міофібрил. Вона дорівнює 0,2-1,5 * 106 іонів на волокно. Збільшення концентрації Са++ до 5 * 106 викликає вже максимальне скорочення.

Початок м'язового скорочення присвячено першій третині висхідного коліна ПД, коли його величина досягає приблизно 50 мв. Вважають, що саме при цій величині деполяризації концентрація Са++ стає пороговою для початку взаємодії актину та міозину.

Процес звільнення Са ++ припиняється після закінчення піку ПД. Проте скорочення продовжує ще наростати до того часу, доки входить у дію механізм, який би повернення Са++ в цистерни ретикулюма. Такий механізм названий "кальцієвим насосом". Для його роботи використовується енергія, одержувана при розщепленні АТФ.

У міжфібрилярному просторі Са++ взаємодіє з білками, що закривають активні центри актинових ниток - тропоніном і тропоміозином, забезпечуючи можливість реалізації реакції поперечних містків міозину і ниток актина.

Таким чином, послідовність подій, що ведуть до скорочення, а потім розслаблення м'язового волокна, малюється в даний час так:

15. Втома під час м'язової роботи. Причини втоми. Концепція активного відпочинку.

Втомою називається тимчасове зниження працездатності клітини, органу або цілого організму, що настає внаслідок роботи та зникає після відпочинку.

Якщо довго дратувати ритмічними електричними стимулами ізольований м'яз, до якого підвішено невеликий вантаж, то амплітуда її скорочень поступово зменшується, поки не зійде до нуля. Реєструється крива втоми. Поруч із зміною амплітуди скорочень при втомі наростає латентний період скорочення, подовжується період розслаблення м'язи та збільшується поріг подразнення, тобто. знижується збуджуваність. Всі ці зміни виникають не одразу після початку роботи, існує деякий період, протягом якого спостерігається збільшення амплітуди скорочень та невелике підвищення збудливості м'яза. При цьому вона стає легко розтяжною. У разі кажуть, що м'яз " впрацьовується " , тобто. пристосовується до роботи у заданому ритмі та силі подразнення. Після періоду впрацьованості настає період сталої працездатності. При подальшому тривалому подразненні настає втома м'язових волокон.

Зниження працездатності ізольованого з організму м'яза при її тривалому подразненні обумовлено двома основними причинами. Першою з них є те, що під час скорочень у м'язі накопичуються продукти обміну речовин (фосфорна кислота, що зв'язує Са++, молочна кислота та ін.), що мають пригнічуючу дію на працездатність м'яза. Частина цих продуктів, а також іони Са дифундують з волокон назовні в навколоклітинний простір і мають пригнічуючу дію на здатність збудливої ​​мембрани генерувати ПД. Так, якщо ізольований м'яз, поміщений у невеликий об'єм рідини Рінгера, довести до повної втоми, то достатньо лише змінити розчин, що омиває її, щоб відновилися скорочення м'яза.

Іншою причиною розвитку втоми ізольованого м'яза є поступове виснаження у ньому енергетичних запасів. При тривалій роботі різко зменшується вміст м'язу глікогену, унаслідок чого порушуються процеси ресинтезу АТФ і КФ, необхідні здійснення скорочення.

Слід зазначити, що в природних умовах існування організму стомлення рухового апарату при тривалій роботі розвивається зовсім не так, як в експерименті із ізольованим м'язом. Зумовлено це не лише тим, що в організмі м'яз безперервно постачається кров'ю, і, отже, отримує з нею необхідні поживні речовини та звільняється від продуктів обміну. Головна відмінність полягає в тому, що в організмі збуджуючі імпульси приходять до м'яза з нерва. Нервово-м'язовий синапс стомлюється значно раніше, ніж м'язове волокно, у зв'язку зі швидким виснаженням запасів напрацьованого медіатора. Це викликає блокаду передачі збуджень з нерва на м'яз, що оберігає м'яз від виснаження, що викликається тривалою роботою. У цілісному організмі ще раніше втомлюються під час роботи нервові центри, (нервово-нервові контакти).

Роль нервової системи у втомі цілісного організму доводиться дослідженнями втоми в гіпнозі (гиря-кошик), встановленням впливу на втому "активного відпочинку", ролі симпатичної нервової системи (феномен Орбелі-Гінецинського) та ін.

Для вивчення м'язового стомлення в людини користуються ергографією. Форма кривої втоми і величина виконаної роботи надзвичайно варіює у різних осіб і навіть в одного й того ж досліджуваного за різних умов.

16. Фізіологічні особливості гладких м'язів. Пластичний тонус гладких м'язів.

Важливою властивістю гладкого м'яза є його великий пластичність , тобто. здатність зберігати надану розтягуванням довжину без зміни напруги. Скелетний м'яз, навпаки, відразу коротшає після зняття вантажу. Гладкий м'яз залишається розтягнутим до тих пір, поки під впливом будь-якого подразнення не виникає його активного скорочення. Властивість пластичності має велике значення для нормальної діяльності порожнистих органів - завдяки йому тиск усередині порожнистого органу відносно мало змінюється за різного ступеня його наповнення.

Існують різні типи гладких м'язів. У стінках більшості порожнистих органів знаходяться м'язові волокна довжиною 50-200 мк і діаметром 4-8 мк, які дуже тісно примикають один до одного, і тому при розгляді в мікроскоп складається враження, що вони морфологічно складають одне ціле. Електронно-мікроскопічне дослідження показує, однак, що вони відокремлені один від одного міжклітинними щілинами, ширина яких може дорівнювати 600-1500 ангстрем. Незважаючи на це, гладкий м'яз функціонує як одне ціле. Це виявляється у тому, що ПД та повільні хвилі деполяризації безперешкодно поширюються з одного волокна на інше.

У деяких гладких м'язах, наприклад, в війному м'язі ока, або м'язах райдужної оболонки, волокна розташовані окремо, і кожне має свою іннервацію. У більшості гладких м'язів рухові нервові волокна розташовані лише на невеликій кількості волокон.

Потенціал спокою гладком'язових волокон, що мають автоматію, виявляє постійні невеликі коливання. Розмір його при внутрішньоклітинному відведенні дорівнює 30-70 мв. Потенціал спокою гладком'язових волокон, що не мають автоматії, стабільний і дорівнює 60-70 мв. В обох випадках його величина менша за потенціал спокою скелетного м'яза. Це пов'язано з тим, що мембрана гладких волокон у спокої характеризується відносно високою проникністю для іонів Na. Потенціали дії в гладких м'язах також дещо нижчі, ніж у скелетних. Перевищення потенціалу спокою - трохи більше 10-20 мв.

Іонний механізм виникнення ПД у гладких м'язах дещо відрізняється від наявного у скелетних. Встановлено, що регенеративна деполяризація мембрани, що лежить в основі потенціалу дії у ряді гладких м'язів, пов'язана з підвищенням проникності мембрани для іонів Са++, а не Na+.

Багатьом гладким м'язам властива спонтанна, автоматична активність. Для неї характерне повільне зниження мембранного потенціалу спокою, яке при досягненні певного рівня супроводжується виникненням ПД.

нервових і скелетних м'язових волокнах збудження поширюється за допомогою локальних електричних струмів, що виникають між деполяризованим і сусідніми ділянками клітинної мембрани, що покоїться. Цей механізм властивий і гладким м'язам. Однак, на відміну від того, що має місце в скелетних м'язах, у гладких потенціал дії, що виникає в одному волокні, може поширюватися на сусідні волокна. Зумовлено це тим, що в мембрані гладких клітин в області контактів з сусідніми є ділянки відносно малого опору, через які петлі струму, що виникли в одному волокні, легко переходять на сусідні, викликаючи деполяризацію їх мембран. У цьому відношенні гладка м'яз подібна до серцевої. Відмінність полягає лише в тому, що в серці від однієї клітини збуджується весь м'яз, а в гладких м'язах ПД, що виник в одній ділянці, поширюється від нього лише на певну відстань, яка залежить від сили прикладеного стимулу.

Інша істотна особливість гладких м'язів полягає в тому, що ПД, що поширюється, виникає в низ тільки в тому випадку, якщо прикладений стимул збуджує одночасно деяке мінімальне число м'язових клітин. Ця "критична зона" має діаметр близько 100 мк, що відповідає 20-30 клітинам, що паралельно лежать. Швидкість проведення збудження у різних гладких м'язах становить від 2 до 15 см/сек. тобто. значно менше, ніж у скелетному м'язі.

Так само, як і в кістяковій мускулатурі, в гладкій потенціали дії мають пускове значення для початку скорочувального процесу. Зв'язок між збудженням та скороченням тут також здійснюється за допомогою Са++. Однак у гладком'язових волокнах саркоплазматичний ретикулюм погано виражений, тому провідну роль механізмі виникнення скорочення відводять тим іонам Са++, які проникають всередину м'язового волокна під час генерації ПД.

При великій силі поодинокого подразнення може виникнути скорочення гладкого м'яза. Латентний період скорочення її значно більший, ніж скелетний, досягаючи 0,25-1 сек. Тривалість самого скорочення теж велика – до 1 хвилини. Особливо повільно відбувається розслаблення після скорочення. Хвиля скорочення поширюється гладкою мускулатурі з тією ж швидкістю, як і хвиля збудження (2-15 див/сек). Але ця повільність скорочувальної активності поєднується з великою силою скорочення гладкого м'яза. Так, мускулатура шлунка птахів здатна піднімати 2 кг на 1 кв. свого поперечного перерізу.

Внаслідок повільності скорочення гладкий м'яз навіть при рідкісних ритмічних подразненнях (10-12 хв) легко переходить у тривалий стан стійкого скорочення, що нагадує тетанус скелетних м'язів. Проте енергетичні витрати за такого скорочення дуже низькі.

Здатність до автоматії гладких м'язів властива їх м'язовим волокнам і регулюється нервовими елементами, що у стінках гладко м'язових органів. Міогенну природу автоматії доведено дослідами на смужках м'язів кишкової стінки, звільнених від нервових елементів. На всі зовнішні впливи гладкий м'яз реагує зміною частоти спонтанної ритміки, наслідком є ​​скорочення або розслаблення м'яза. Ефект подразнення гладкої мускулатури кишки залежить від співвідношення між частотою стимуляції і власною частотою спонтанної ритміки: при низькому тонусі - рідкісних спонтанних ПД - прикладене роздратування посилює тонус, при високому тонусі у відповідь на роздратування виникає розслаблення, тому що надмірне почастішання кожен наступний імпульс потрапляє у фазу рефрактерності від попереднього.

17. Будова та функції нервових волокон. Механізм проведення збудження

мієліновим та безмієліновим нервовим волокнам. Значення перехоплень Ранв'є.

Основною функцією аксонів є проведення імпульсів, що у нейроні. Аксони можуть бути покриті мієлінової оболонкою (мієлінові волокна) або позбавлені її (безмієлінові волокна). Мієлінові волокна частіше зустрічаються в рухових нервах, безмієлінові переважають в автономній (вегетативної) нервовій системі.

Окреме мієлінове нервове волокно складається з осьового циліндра, покритого оболонкою мієліну, утвореної шванновськими клітинами. Осьовий циліндр має мембрану та аксоплазму. Мієлінова оболонка є продуктом діяльності шванівської клітини і складається на 80% з ліпідів, що мають високий омічний опір, і на 20% з білка.

Мієлінова оболонка не покриває суцільним покривом осьовий циліндр, а переривається, залишаючи відкриті ділянки осьового циліндра, які називаються вузловими перехопленнями (перехоплення Ранв'є). Довжина ділянок між цими перехопленнями різна і залежить від товщини нервового волокна: чим воно товстіше, тим довша відстань між перехопленнями (рис. 2.17).

Безмієлінові нервові волокна покриті лише шванівською оболонкою.

Проведення збудження в безмієлінових волокнах відрізняється від такого в мієлінових волокнах завдяки різній будові оболонок. У безмієлінових волокнах збудження поступово охоплює сусідні ділянки мембрани осьового циліндра і поширюється остаточно аксона. Швидкість поширення збудження волокном визначається його діаметром.

У нервових безмієлінових волокнах, де процеси метаболізму не забезпечують швидку компенсацію витрати енергії на збудження, поширення цього збудження відбувається з поступовим ослабленням – з декрементом. Декрементне проведення збудження характерне для низькоорганізованої нервової системи.

У вищих тварин завдяки насамперед наявності мієлінової оболонки та досконалості метаболізму в нервовому волокні збудження проходить, не згасаючи, бездекрементно. Цьому сприяють наявність протягом усього мембрани волокна рівного заряду і його відновлення після проходження збудження.

У мієлінових волокнах збудження охоплює лише ділянки вузлових перехоплень, тобто обмине зони, вкриті мієліном. Таке проведення збудження по волокну називається сальтаторним (стрибкоподібним). У вузлових перехопленнях кількість натрієвих каналів досягає 12 000 на 1 мкм, що значно більше, ніж у будь-якій іншій ділянці волокна. В результаті вузлові перехоплення є найбільш збудливими та забезпечують велику швидкість проведення збудження. Час проведення збудження по мієліновому волокну обернено пропорційно довжині між перехопленнями.

Проведення збудження нервового волокна не порушується протягом тривалого (багатогодинного) часу. Це свідчить про малу стомлюваність нервового волокна. Вважають, що нервове волокно щодо невтомно внаслідок того, що процеси ресинтезу енергії в ньому йдуть із досить великою швидкістю і встигають відновити витрати енергії, що відбуваються при проходженні збудження.

У момент збудження енергія нервового волокна витрачається працювати натрій-калиевого насоса. Особливо великі витрати енергії відбуваються в перехопленнях Ранв'є внаслідок великої густини тут натрій-калієвих каналів.

Дж. Ерлангер і X. Гассер (1937) вперше класифікували нервові волокна пс швидкості проведення збудження. Різна швидкість проведення збудження по волокнах змішаного нерва ви є при використанні позаклітинного електрода. Потенціали волокон, що проводять збудження з неоднаковою швидкістю, реєструються окремо (рис. 2.18).

Залежно від швидкості проведення збудження нервові волокна ділять на три типи: А, В, С. У свою чергу, волокна типу А поділяють на чотири групи: А α , A β , A γ , A δ . Найбільшу швидкість проведення (до 120 м/с) мають волокна групи А α , Яку складають волокна діаметром 12-22 мкм. Інші волокна мають менший діаметр і, відповідно, проведення збудження по них відбувається з меншою швидкістю (табл. 2.4).

Нервовий ствол утворений великою кількістю волокон, проте збудження, що йде по кожному з них, не передається на сусідні. Ця особливість проведення збудження по нерву зветься закону ізольованого проведення порушення за окремим нервовим волокном. Можливість такого проведення має велике фізіологічне значення, оскільки забезпечує, наприклад, ізольованість скорочення кожної нейромоторної одиниці.

Здатність нервового волокна до ізольованого проведення збудження обумовлена ​​наявністю оболонок, а також тим, що опір рідини, що заповнює міжволоконні простори, значно нижче, ніж опору мембрани волокна. Тому струм, вийшовши із збудженого волокна, шунтується в рідині і виявляється слабким для збудження сусідніх волокон. Необхідною умовою проведення збудження в нерві не просто його анатомічна безперервність, а й фізіологічна цілісність. У будь-якому металевому провіднику електричний струм буде текти доти, доки провідник зберігає фізичну неперервність. Для нервового «провідника» цієї умови недостатньо: нервове волокно повинно зберігати також фізіологічну цілісність. Якщо порушити властивості мембрани волокна (перев'язування, блокада новокаїном, аміаком та ін.), проведення збудження по волокну припиняється. Іншим властивістю, характерним для проведення порушення по нервовому волокну, є здатність до двостороннього проведення. Нанесення роздратування між двома відводять електродами на поверхні волокна викличе електричні потенціали під кожним з них.

Таблиця- Швидкість проведення збудження по нервових волокнах

Група волокон	Діаметр волокна, мкм	Швидкість проведення, м/с

18. Закони проведення порушення нервами. Класифікація нервових волокон. Швидкість проведення збудження нервовими волокнами, її вікові особливості.

19. Структура нервово-м'язового синапсу. Механізм передачі збудження з нерва м'яз.Потенціал кінцевої платівки, його властивості.

Синапсами називають контакти, які встановлюють нейрони як самостійні освіти. Синапс є складною структурою і складається з пресинаптичної частини (закінчення аксона, що передає сигнал), синаптичної щілини і постсинаптичної частини (структура сприймає клітини).

Нервово-м'язові синапси забезпечують проведення збудження з нервового волокна на м'язове завдяки медіатору ацетилхоліну, який при збудженні нервового закінчення перетворюється на синаптичну щілину і діє кінцеву пластинку м'язового волокна.

У пресинаптичній терміналі утворюється та накопичується у вигляді бульбашок ацетилхолін. При збудженні електричним імпульсом, що йде аксоном, пресинаптичної частини синапсу її мембрана стає проникною для ацетилхоліну.

Ця проникність можлива завдяки тому, що внаслідок деполяризації пресинаптичної мембрани відкриваються її кальцієві канали. Іон Са2+ входить у пресинаптичну частину синапсу із синаптичної щілини. Ацетилхолін вивільняється та проникає в синаптичну щілину. Тут він взаємодіє зі своїми рецепторами постсинаптичної мембрани, що належить м'язовому волокну. Рецептори, збуджуючись, відкривають білковий канал, вбудований ліпідний шар мембрани. Через відкритий канал всередину м'язової клітини проникають іони Na+, що призводить до деполяризації мембрани м'язової клітини, внаслідок чого розвивається так званий потенціал кінцевої пластинки (ПКП). Оскільки цей потенціал у нормі завжди надпороговий, він викликає потенціал дії, що поширюється м'язовим волокном і викликає скорочення. Потенціал кінцевої платівки короткий, оскільки ацетилхолін, по-перше, швидко від'єднується від рецепторів, по-друге – гідролізується АХЕ.

Нервово-м'язовий синапс передає збудження в одному напрямку: від нервового закінчення до постсинаптичної мембрани м'язового волокна, що з наявністю хімічної ланки в механізмі нервово-м'язової передачі.

Швидкість проведення збудження через синапс набагато менша, ніж по нервовому волокну, оскільки тут витрачається час на активацію пресинаптичної мембрани, перехід через неї кальцію, виділення ацетилхоліну в синаптичну щілину, деполяризацію постсинаптичної мембрани, розвиток ПКП.

Пояснювальна записка

Пропонований елективний курс містить відомості про клітину – елементарну одиницю живої природи – і призначений для учнів профільних класів, які виявляють інтерес до цитології та біохімії. Пропонований елективний курс підтримує та поглиблює базові знання з біології. Вивчення елективного курсу допоможе у виборі подальшого навчання та професійної діяльності.

Курс спирається на знання та вміння, отримані учнями при вивченні біології. У процесі занять передбачається набуття учнями досвіду пошуку інформації з запропонованих питань. Учні удосконалюють уміння підготовки рефератів, доповідей, повідомлень з обраної теми, відпрацьовують техніку експерименту.

Елективний курс розрахований на 35 год. Програмою передбачено вивчення теоретичних питань, проведення семінарів та лабораторних робіт.

Ціль курсу:поглиблене вивчення будови та властивостей клітини, необхідне для комплексного осмислення біологічних фактів, явищ та процесів.

Завдання курсу:формування вміння виявляти, розкривати, використовувати зв'язок будови та функції клітини при розгляді біологічних процесів та явищ; закріплення навичок та умінь, необхідних для проведення лабораторних робіт; залучення учнів до самостійної роботи з додатковою літературою; стимулювання пізнавальної діяльності учнів, які цікавляться цитологією та біохімією; формування умінь та навичок комплексного осмислення знань у біології.

Основна концепція курсу:використання комплексного підходу щодо організмів різних рівнях організації, формування еволюційного мислення.

В результаті вивчення курсу учні повинні знати:

– будову мікроскопа та прийоми роботи з ним;
- Положення клітинної теорії;
– подібність та відмінності рослинної та тваринної клітин;
- роль різних хімічних сполук у клітині;
– основні компоненти та органоїди клітини;
– особливості будови клітин прокаріотів та еукаріотів;
- Порушення обміну білків, вуглеводів;
- Значення окремих мінеральних елементів.

Учні повинні вміти:

- Працювати з мікроскопом;
– називати основні частини клітини, пізнавати їх на схемах, фотографіях;
- Виготовляти найпростіші препарати для мікроскопічного дослідження;
- Правильно оформляти лабораторні роботи;
– самостійно працювати з додатковою літературою та використовувати сучасні технології.

Статтю опубліковано за підтримки електронного курсу підготовки до ЄДІ з математики. ЄДІ з математики базовий рівень та профільний рівень. Відео-лекції, онлайн-презентації та зручні тести для підготовки до ЄДІ 2016. Швидка та ефективна підготовка до ЄДІ з математики для вступу до провідних ВНЗ Росії. Детальніше дивіться на сайті, який розміщується за адресою: "Еге-по-математиці.онлайн".

Тема 1. Клітина: історія вивчення (3 год.)

Урок №1. Введення у цитологію клітини. Клітина – цілісна система. Історія вивчення клітин. Завдання сучасної цитології.

Урок №2 . Створення клітинної теорії. Методи вивчення клітини. Паралелізм в еволюції мікроскопічної техніки та рівня цитологічних досліджень.

Урок №3 . Лабораторна робота №1.«Пристрій мікроскопа та техніка мікроскопування».

Тема 2. Хімія клітини (8 год)

Урок №1. Хімічні елементи у складі клітини. Особливості хімічного складу живого. Іони в клітині та організмі. Зміст хімічних сполук у клітині. Роль води у живій системі.

Урок №2 . Органічні сполуки. Хімія білків. Білки – колоїди, білки – амфотерні електроліти, білки – гідрофільні сполуки.

Лабораторна робота №2.«Доказ біокаталітичної функції білків-ферментів».

Урок №3 . Незамінні амінокислоти. Патологічні явища за відсутності їжі білків і порушеннях білкового обміну.

Урок №4 . Лабораторна робота №3.«Виявлення білків у біологічних об'єктах».

Урок №5 . Вуглеводи – найпоширеніші органічні речовини Землі. Зв'язок будови вуглеводів з біологічними функціями. Патології, пов'язані з порушенням обміну вуглеводів в організмі: рівень цукру в крові в нормі та при патологіях, гіпер- та гіпоглікемія, цукровий діабет.

Урок №6 . Лабораторна робота №4.«Виявлення вуглеводів у біологічних об'єктах».

Урок №7 . Ліпіди. Роль ліпідів у появі певної автономності такої біологічної системи, як клітина.

Лабораторна робота №5.«Виявлення ліпідів у біологічних об'єктах».

Урок №8 . Нуклеїнові кислоти. Модель Вотсона та Крику.

Лабораторна робота №6.«Виділення дезоксинуклеопротеїду із тканини селезінки (печінки). Якісна реакція на ДНК.

Тема 3. Загальний план будови клітини (10 год)

Урок №1 . Мембрана. Сучасна модель будови клітинної мембрани. Клітинна стінка, глікоколікс.

Урок №2 . Цитоскелет, його компоненти та функції у клітинах різних типів.

Урок №3 . Мембранний транспорт.

Урок №4 . Ендоцитоз та рецепторна функція мембрани.

Уроки № 5-6 . Мембранні клітини органели.

Уроки № 7-8. Немембранні клітини органели. Прокаріоти та еукаріоти. Тваринна та рослинна еукаріотична клітина.

Лабораторна робота №7.«Особливості будови прокаріотів та еукаріотів».

Урок №9 . Лабораторна робота №8."Фізіологічні властивості клітинної мембрани".

Урок №10 . Семінар. Перспективи розвитку мембранології

Тема 4. Метаболізм (6 год)

Урок №1 . Джерела енергії клітини. Гетеротрофи та автотрофи.

Урок №2 . Мітохондрії – енергетичні станції клітини. Схема біосинтезу АТФ.

Урок №3 . Механізм фотосинтезу. Хемосинтез.

Урок №4 . Біосинтез білків. Структура гена. Транскрипція.

Урок №5 . Рибосоми. Типи та структури рибосом прокаріотів та еукаріотів.

Урок №6 . Трансляція. Регуляція транскрипції та трансляції. Епігенетичні фактори.

Тема 5. Ядерний апарат та репродукція клітин (6 год)

Урок №1 . Концепція хроматину. Ядро еукаріотичної клітини. Каріоплазма.

Урок №2 . Життєвий цикл клітини. Репродукція клітин.

Урок №3 . Поняття про стовбурові клітини.

Урок №4 . Старіння та смерть клітин. Некроз та апоптоз. Рак.

Урок №5 . Лабораторна робота №9. «Мітоз у клітинах корінця цибулі».

Урок №6 . Семінар.

Тема 6. Еволюція клітини (2 год)

Уроки № 1-2 . Теорія еволюції прокаріотів та еукаріотів. Підсумкова конференція "Первинні етапи біологічної еволюції".

Лабораторна робота № 1. «Влаштування світлового мікроскопа та техніка мікроскопування»

Мета роботи:на основі знань пристрою світлового мікроскопа освоїти техніку мікроскопування та приготування тимчасових мікропрепаратів. Ознайомитись із правилами оформлення лабораторної роботи.

Обладнання:мікроскоп кожного учня. Предметне та покривне скло, піпетки, стаканчики з водою, вата, фільтрувальний папір, пінцети, ножиці, зошит, альбом. Схема влаштування мікроскопа та його частин.

Хід роботи

Розгляньте основні частини мікроскопа: механічну, оптичну та освітлювальну.

До механічної частини належать: штатив, предметний столик, тубус, револьвер, макро- та мікрометричні гвинти.

Оптична частина мікроскопа представлена ​​окуляром та об'єктивами. Окуляр (Лат. okulus– око) знаходиться у верхній частині тубуса і звернений до ока. Це система лінз, укладених у гільзу. За цифрою на верхній поверхні окуляра можна будувати висновки про кратності його збільшення (×7, ×10, ×15). При необхідності окуляр можна вийняти з тубуса та замінити на інший. На протилежному боці тубуса - пластина, що обертається, або револьвер (лат. revolvo– обертаю), де знаходяться гнізда для об'єктивів. Об'єктив – система лінз, вони мають різну кратність. Розрізняють об'єктив малого збільшення (×8), об'єктив великого збільшення (×40) та імерсійний об'єктив вивчення дрібних об'єктів (×90). Загальне збільшення мікроскопа дорівнює збільшенню окуляра, помноженого збільшення об'єктиву.

Освітлювальна частина складається з дзеркала, конденсора та діафрагми.

Конденсор знаходиться між дзеркалом та предметним столиком. Він складається із двох лінз. Для переміщення конденсора призначений спеціальний гвинт. При опусканні конденсора освітленість зменшується, піднімання – збільшується. Змінюючи положення пластинок діафрагми, за допомогою спеціальної ручки можна також регулювати освітлення.

Завдання:замалювати мікроскоп і помітити його частини.

Правила роботи з мікроскопом

1. Встановити мікроскоп штативом себе, предметним столиком від.

2. Поставити робоче становище об'єктив малого увеличения.

3. Дивлячись в окуляр лівим оком, обертайте дзеркало у різних напрямках, доки поле зору не буде освітлене яскраво та рівномірно.

4. Покладіть на предметний столик підготовлений препарат (покривним склом догори), щоб він знаходився в центрі отвору предметного столика.

5. Під візуальним контролем (дивитися не в окуляр, а збоку) повільно опустити тубус за допомогою макрогвинта, щоб об'єктив знаходився на відстані 2 мм від препарату.

6. Дивлячись в окуляр, повільно піднімати тубус, доки з'явиться зображення об'єкта.

7. Щоб перейти до розгляду об'єкта при великому збільшенні мікроскопа, треба відцентрувати препарат, тобто. помістити об'єкт у центр поля зору.

8. Обертаючи револьвер, перевести в робоче положення об'єктив великого збільшення.

9. Опустити тубус під візуальним контролем майже до зіткнення з препаратом.

10. Дивлячись в окуляр, повільно піднімати тубус, доки з'явиться зображення.

11. Для тонкого фокусування використовувати мікроскопічний гвинт.

12. При замальовуванні препарату дивитися окуляр лівим оком.

Завдання:переписати правила роботи з мікроскопом у зошит для лабораторних робіт.

Методика приготування тимчасового препарату

1. Взяти предметне скло, тримаючи його за бічні грані, покласти на стіл.

2. Помістити в центр скла об'єкт, наприклад, шматочки вати довжиною 1,5 см. Піпеткою нанести на об'єкт одну краплю води.

3. На предметне скло покласти покривне скло. Забрати зайву воду шматочком фільтрувального паперу.

4. Розглянути готовий препарат.

5. Замалювати в альбом, як виглядають волокна вати при малому та великому збільшеннях.

Мікроскопування найпростіших

З давно не очищеного акваріума взяти краплю разом з гілочкою рослини або листочком ряски і розглянути під мікроскопом при малому збільшенні. Зазвичай видно найрізноманітніші: інфузорії туфельки, амеби – вільно живуть і прикріплені до водорості (сувойки). У воді можуть бути і багатоклітинні організми – дрібні черв'яки та ракоподібні (циклопи, дафнії). Розглядаючи цей препарат, можна потренуватися в наведенні мікроскопа на об'єкти, що рухаються.

Правила оформлення лабораторної роботи

p align="justify"> Необхідним елементом мікроскопічного вивчення об'єкта є його замальовка в альбом. Для цього треба мати альбом 21×30 см та олівці (простий та кольорові). Для запису текстового матеріалу та виконання схем необхідний зошит.

1. Малювати можна лише з одного боку листа.

2. До початку замальовки зверху сторінки записати назву теми.

3. Малюнок має бути великим, деталі добре помітні.

4. Малюнок повинен правильно відображати форми, співвідношення обсягу та розмірів окремих частин та цілого.

Спочатку треба намалювати контур об'єкта (велико), потім усередині контури деталей і після цього чітко вималювати їх.

5. Малювати, чітко повторюючи усі лінії об'єкта. Для цього треба не відривати очей від мікроскопа, а лише перемикати увагу з об'єкта на малюнок (цьому треба вчитися).

6. До кожного малюнка треба дати позначення частин. Усі написи мають бути паралельні один одному. До окремих частин об'єкта ставлять стрілочки, проти кожної пишеться назва частини об'єкта.

Лабораторна робота № 2. «Доказ біокаталітичної функції білків-ферментів»

Мета роботи:довести каталітичну дію білків-ферментів, показати їхню високу специфічність, оптимальну активність у фізіологічних умовах.

Обладнання:штатив із пробірками, піпетки на 1 мл, водяна баня, термостат; 1% розчин крохмалю, 1% розчин йоду в йодиді калію, 5% розчин сульфату міді, 10% розчин гідроксиду натрію, 2% розчин сахарози, 0,2% розчин соляної кислоти, розчин слини, розведеної водою в 5 разів (до 1 об'єму слини додати 4 об'єми води).

Хід роботи

1. Ферментативний гідроліз крохмалю

Як фермент, що гідролізує крохмаль на його складові (мальтозу, глюкозу), виступає амілаза слини. Результати досвіду оцінюються за допомогою кольорових реакцій – з йодом та реакції Троммера (якісна реакція на глюкозу). Негідролізований крохмаль дає синє забарвлення з йодом та негативну реакцію Троммера. Продукти гідролізу крохмалю не дають реакції з йодом, але дають фарбування реакції Троммера.

Обсяги можна вимірювати краплями: 1 крапля – приблизно 0,2 мл.

1. Взяти дві пробірки (№ 1 та № 2) та в кожну внести по 10 крапель 1% розчину крохмалю.

2. У пробірку № 1 додати 4 краплі води (контроль), вміст обережно перемішати і поставити пробірку на водяну баню або термостат при 37 °С на 20 хв.

3. Через 5 хв в пробірку № 2 внести 4 краплі розведеного розчину слини і також поставити в термостат на 20 хв,

4. Після витримки в термостаті з пробірки № 1 перенести по 4 краплі в 2 різні пробірки.

5. В одну з пробірок додати 1 краплю 1% розчину йоду в йодиді калію, в іншу – 1 краплю 5% розчину сульфату міді та 4 краплі 10% розчину гідроксиду натрію та цю пробірку обережно нагріти до кипіння.

6. Те саме повторити із вмістом пробірки № 2.

У присутності води гідролізу крохмалю не відбувається, і в реакції з йодом має з'явитися синє фарбування крохмалю, а реакції Троммера розчин повинен залишитися блакитного кольору. Амілаза слини гідролізує крохмаль до глюкози: реакції з йодом немає, а реакції Троммера відбувається забарвлення спочатку в жовтий (освіта CuOH), а потім в цегляно-червоний колір (освіта Cu(OH) 2).

2. Специфіка дії ферментів

Кожен фермент діє лише одну речовину чи групу подібних субстратів. Це зумовлено відповідністю структури ферменту (його активного центру) та структури субстрату. Наприклад, амілаза діє лише на крохмаль, а сахараза лише на сахарозу.

1. Приготування розчину сахарази.Взяти 10 г свіжих або 3 г сухих пекарських дріжджів, розтерти у фарфоровій ступці з 6 мл дистильованої води, додати 20 мл води та профільтрувати через вату (зберігати в холодильнику).

2. Приготування розчину амілази.Відміряють 50 мл дистильованої води та обполіскують нею рот у 2–4 прийоми протягом 3–5 хв. Зібрану рідину фільтрують через вату і використовують як розчин амілази.

3. Взяти 4 пробірки. У пробірки №1 та №2 внести по 10 крапель 1% розчину крохмалю. У пробірки №3 та №4 внести по 10 крапель 2% розчину сахарози. У пробірки №1 та №3 додати по 5 крапель розчину амілази. У пробірки №2 та №4 внести по 5 крапель розчину сахарази. Перемішати та витримати у термостаті при температурі 38–40 °С 15 хв.

З вмістом всіх чотирьох пробірок провести реакції з йодом та троммерами. Заповнити таблицю.

Таблиця. Визначення специфічності дії ферментів

У висновках слід зазначити, в якій пробірці та за яких умов виявлено дію ферментів і чому.

3. Вплив рН середовища на активність ферментів

До кожного ферменту існує певне значення реакції середовища, у якому він виявляє максимальну активність. Зміна pH середовища спричиняє зниження або повне гальмування діяльності ферменту.

У 8 пробірок долити по 1 мл дистильованої води. У пробірку №1 внести 1 мл 0,2% розчину соляної кислоти, перемішати. Відібрати 1 мл суміші з пробірки № 1 і перенести до пробірки № 2, перемішати, 1 мл перенести до пробірки № 3 і т.д. З пробірки №8 відібрати 1 мл та вилити. Отримаємо середовища з різними значеннями рН. Значення pH можна проконтролювати pH-метром або універсальним індикаторним папером.

У кожну пробірку додати 2 мл 1% розчину крохмалю і по 1 мл розчину амілази (див. вище). Пробірки струсити і поставити в термостат при 37 ° З 15 хв.

Після охолодження додати всі пробірки по одній краплі 1% розчину йоду в йодиді калію. Повний гідроліз відбудеться у пробірках № 5 та № 6, де pH середовища розчину знаходиться в межах 6,8-7,2, тобто. у оптимальних для дії амілази умовах.

Лабораторна робота № 3. «Виявлення білків у біологічних об'єктах»

Мета роботи:довести присутність у біологічних об'єктах білків.

Обладнання:штатив із пробірками, піпетка, водяна баня, крапельниця; розчин яєчного білка; 10% розчин NaOH, 1% розчин сульфату міді, 0,5% водний розчин нінгідрину; азотна кислота (концентрована).

Хід роботи

1. Біуретова реакція визначення пептидних зв'язків.

Метод заснований на здатності пептидного зв'язку у лужному середовищі утворювати із сульфатом міді пофарбовані комплексні сполуки.

У пробірку внести 5 крапель 10% яєчного розчину білка (білок фільтрують через марлю, потім розводять дистильованою водою 1:10), три краплі 10% розчину гідроксиду натрію і 1 краплю 1% розчину сульфату міді і перемішати.

Вміст пробірки набуває синьо-фіолетове фарбування.

2. Нінгідринова реакція.

Білки, поліпептиди та вільні амінокислоти дають з нінгідрином синє або фіолетове забарвлення.

У пробірку внести 5 крапель 10% яєчного розчину білка, прилити 5 крапель 0,5% водного розчину нінгідрину і нагріти. Через 2-3 хв розвивається рожеве або синьо-фіолетове забарвлення.

3. Ксантопротеїнова реакція (грец. xantos– жовтий). За допомогою цієї реакції в білку виявляють амінокислоти, що містять бензольні кільця (триптофан, тирозин та ін.).

У пробірку внести 5 крапель 10% розчину яєчного білка, додати 3 краплі концентрованої азотної кислоти (обережно) та нагріти. Після охолодження в пробірку додати 5-10 крапель 10% розчину їдкого натру до появи оранжевого фарбування (воно пов'язане з утворенням солі натрієвої циклічних нітросполук).

Кристали в клітинах рослин

Лабораторна робота № 4. «Виявлення вуглеводів у біологічних об'єктах»

Мета роботи:довести присутність вуглеводів у біологічних об'єктах.

Обладнання:штатив із пробірками; піпетки, водяна баня; 1% розчин крохмалю, 1% розчин сахарози, 1% розчин фруктози, 1% розчин йоду (у розчині йодиду калію); 1% спиртовий розчин нафтолу, 1% спиртовий розчин тимолу; сірчана кислота (концентрована); реактив Селіванова (0,5 г резорцину у 100 мл 20% соляної кислоти).

Хід роботи

1. Виявлення крохмалю.

У пробірку внести 10 крапель 1% розчину крохмалю та одну краплю 1% розчину йоду в йодиді калію. Вміст пробірки набуває синьо-фіолетове фарбування.

2. Виявлення вуглеводів.

За допомогою реакції з нафтолом або тимолом виявляються незначні кількості вуглеводів або вуглеводні компоненти складних сполук.

У дві пробірки внести по 10 крапель 1% розчину сахарози. В одну пробірку додати 3 краплі 1% спиртового розчину нафтолу. В іншу пробірку – 3 краплі 1% спиртового розчину тимолу. В обидві (обережно) налити по 0,5 мл концентрованої сірчаної кислоти та на межі двох рідин спостерігати фіолетове забарвлення в пробірці з нафтолом та червоне в пробірці з тимолом.

3. Виявлення фруктози (реакція Селіванова).

Фруктоза при нагріванні із соляною кислотою та резорцином дає вишнево-червоне фарбування.

У пробірку налити 10 крапель реактиву Селіванова, 2 краплі 1% розчину фруктози та обережно нагріти. Спостерігається червоне забарвлення.

Лабораторна робота № 5. «Виявлення ліпідів у біологічних об'єктах»

Мета роботи:довести присутність ліпідів у біологічних об'єктах.

Обладнання:штатив із пробірками, водяна баня, піпетка, скляні стаканчики, палички, марля; жовток курячого яйця; 1% розчин холестерину в хлороформі; концентрована сірчана кислота, ацетон.

Хід роботи

1. Виявлення лецитину.

Лецитин відноситься до групи фосфоліпідів, входить до складу клітинних мембран, становить основну масу мозкової тканини. Лецитин не розчиняється у воді та ацетоні, але добре розчиняється в етиловому спирті, ефірі та хлороформі.

У склянку помістити частину жовтка курячого яйця. Помішуючи паличкою, по краплях прилити гарячий спирт етиловий (з розрахунку 80 мл на цілий жовток). Спирт нагрівати лише на водяній бані! Коли розчин охолоне, відфільтрувати в суху колбу. Фільтрат має бути прозорим. Його потрібно використовувати одразу ж.

У суху пробірку внести 10 крапель ацетону і краплями додати спиртовий розчин лецитину. Випадає білий осад.

2. Виявлення холестерину.

Холестерин – жироподібна речовина, яка для організму має велике значення. Входить до мембран багатьох органів і тканин, є попередником жовчних кислот, вітаміну D, статевих гормонів, гормонів кори надниркових залоз. Реакція Сальковського заснована на тому, що під дією концентрованої сірчаної кислоти відбувається дегідратація холестерину з утворенням холестерилену, що має червоне забарвлення.

У суху пробірку внести 15-20 крапель 1% хлороформного розчину холестерину та (обережно) по стінці судини додати 0,5 мл концентрованої сірчаної кислоти. На межі рідин з'являється червоне кільце.

Лабораторна робота №6. «Виділення дезоксинуклеопротеїду з тканини селезінки (печінки). Якісна реакція на ДНК»

Мета роботи:довести, що нуклеїнові кислоти у великій кількості містяться у вигляді сполук з білками (дезоксинуклопротеїди – ДНП) у тканинах, багатих ядрами (селезінка, зобна залоза, печінка тощо).

Обладнання:штатив з пробірками, ступка з товкачем, скляний порошок або промитий пісок, кристалізатор, мірні циліндри на 50 мл і 300 мл, піпетки місткістю 1 мл, дерев'яні палички з насічками, водяна баня, марля для фільтрування; 5% розчин хлориду натрію (який містить 0,04% тризаміщеного фосфату), 0,4% розчин гідроксиду натрію; дифеніламіновий реактив; селезінка (печінка) свіжа або морожена; РНК дріжджовий, свіжоприготовлений 0,1% розчин.

Хід роботи

1. Виділення дезоксинуклеопротеїду (ДНП) із тканини селезінки (печінки).

Метод заснований на здатності ДНП розчинятися в сольових розчинах великої іонної сили та випадати в осад при зниженні їхньої концентрації.

У ступці з невеликою кількістю скляного порошку ретельно розтерти 2-3 г тканини, поступово приливаючи розчин натрію хлориду порціями по 10-15 мл (всього витрачають близько 40 мл розчину) протягом 12-15 хв.

Отриманий в'язкий розчин профільтрувати через два шари марлі кристалізатор. Циліндром відміряти шестиразовий (стосовно фільтрату) обсяг дистильованої води і, повільно помішуючи дерев'яною паличкою, вилити у фільтрат. Нитки ДНП, що утворилися, намотуються на паличку, після чого їх можна перенести в пробірку для подальшого використання.

2. Якісна реакція на ДНК.

Метод заснований на здатності дезоксирибози, яка входить до ДНК дезоксирибонуклеопротеїдів, утворювати сполуки синього кольору з дифеніламіном при нагріванні в середовищі, що містить суміш крижаної оцтової та концетрованої сірчаної кислот. З рибозою РНК аналогічний реактив дає зелене забарвлення.

Приготування дифеніламінового реактиву: 1 г дифеніламіну розчинити в 100 мл крижаної оцтової кислоти, до розчину додати 2,75 мл концентрованої сірчаної кислоти.

До 1/4 частини осаду ДНП долити 1 мл 0,4% розчину гідроксиду натрію (до розчинення). Додати 0,5 мл дифеніламінового реактиву. Вміст пробірки перемішати і поставити на водяну баню, що кипить, на 15-20 хв. Відзначити характерне фарбування.

Лабораторна робота № 7. «Особливості будови клітин прокаріотів та еукаріотів»

Мета роботи:на основі вивчення клітин бактерій (прокаріотів), рослин і тварин (еукаріотів), виявити основні риси подібності в будові бактерій, тварин і рослин як показник єдності організації живих форм.

Обладнання:мікроскоп; предметне та покривне скло; піпетки, склянки з водою, пінцети, скальпелі, розчин йоду, водяний розчин туші; фуксин, розчин метиленового синього, шматочки м'яса, риби або білок яйця, ріпчаста цибуля; таблиця будови бактеріальної, рослинної та тваринної клітин.

Хід роботи

1. Заздалегідь приготувати настої різних продуктів: м'яса, риби, білка яйця.

Невелику кількість матеріалу подрібнити та помістити в колбу, додати крейди на кінчику скальпеля. Залити водою на 2/3 об'єму. Колбу з настоєм витримати у теплі (в темному місці) 3-5 днів. За цей час у середовищі накопичується багато різноманітних бактерій.

2. На предметне скло помістити краплю настою. Препарат розглянути, користуючись об'єктивом ×40, але можна спробувати ×90 (тимчасовий препарат готують за правилами, описаними в попередній роботі).

3. Додати краплю туші. На загальному тлі клітини бактерій незабарвлені.

4. Замалювати клітини бактерій.

5. Приготувати тимчасовий препарат рослинної клітини. Ядра в незабарвлених клітинах не видно.

Від шматочка цибулини відокремити м'ясисту лусочку. На внутрішній стороні знаходиться тонка плівка, яку треба зняти та відрізати. Покласти шматочок плівки на предметне скло, набрати піпеткою розчин йоду, капнути на плівку, накрити покривним склом.

Можна приготувати препарат листа елодеї, де видно хлоропласти – пластиди зеленого кольору.

6. Розглянути препарат при малому збільшенні. Великі округлі ядра у клітинах пофарбовані йодом у жовтий колір.

7. Перевести мікроскоп на велике збільшення та знайти оболонку клітини. У ядрі можна помітити 1-2 ядерця, іноді видно зернисту структуру цитоплазми. Незабарвлені порожнечі в цитоплазмі клітин є вакуолі.

8. Замалювати кілька клітинок. Позначити: оболонку, цитоплазму, ядро, вакуолі (якщо вони є).

9. На готовому препараті розглянути тварини, замалювати. На малюнку мають бути позначені: оболонка, цитоплазма, ядро.

10. Провести спільне обговорення. Які положення клітинної теорії можна підтвердити результатами проведеної роботи?

Лабораторна робота № 8. «Фізіологічні властивості клітинної мембрани»

Мета роботи:показати, що клітинна мембрана має вибіркову проникність, продемонструвати роль мембрани в процесі фагоцитозу та піноцитозу, а також ознайомитися з плазмолізом клітини – процесом відділення протопласту (місту клітини) від клітинних стінок.

Обладнання:мікроскопи, покривне та предметне скло, скальпелі, препарувальні голки, фільтрувальний папір, піпетки, туш; культура інфузорій або амеб; культура тканини на живильному середовищі; шматочки листя елодеї; розчини: хлориду калію, хлориду кальцію, хлориду магнію,
2% розчин альбуміну, 10% розчин хлориду натрію; дистильована вода.

Хід роботи

1. У 10% розчин хлориду натрію або калію помістити інфузорій, амеб або шматочки тканини, що культивується. Приготувати препарат для мікроскопа. Можна побачити зморщування клітин, що свідчить про проникність клітинної оболонки. В даному випадку вода з клітини виходить у навколишнє середовище.

2. Перенести клітини в краплю дистильованої води або відтягнути з-під покривного скла розчин за допомогою фільтрувального паперу та замінити його на дистильовану воду. Поспостерігати, як клітини набухають, т.к. у них надходить вода.

3. Помістити інфузорій або шматочки тканини, що культивується, в розчин хлориду кальцію або хлориду магнію невеликої концентрації. Інфузорії та культивовані клітини продовжують жити. Іони кальцію та магнію знижують проникність клітинної оболонки. Пересування води через оболонку не відбувається.

4. Помістити амеб у краплю 2% розчину альбуміну (білок курячого яйця). Приготувати препарат для мікроскопа. Через деякий час на поверхні амеб утворюються бульбашки, випинання, канальці. Складається враження, що поверхня амеб кипить. Це супроводжується інтенсивним рухом рідини на поверхні мембрани. Краплі рідини оточуються виступами цитоплазми, які потім стуляються. Піноцитозні бульбашки іноді з'являються раптово. Це свідчить, що крапельки рідини разом із розчиненими у ній речовинами захоплюються швидко. Піноцитоз викликають речовини, які знижують поверхневий натяг клітинної оболонки. Наприклад, амінокислоти, деякі солі.

У краплю рідини, у якій знаходяться амеби, ввести трохи туші. Приготувати препарат. Через деякий час амеби починають повільно пересуватися у бік крупинок туші, випускаючи псевдоподії (ложноніжки). Крупинки туші прикріплюються до поверхні псевдоподій, оточуються ними і за деякий час виявляються зануреними в цитоплазму. Під мікроскопом спостерігається явище фагоцитозу у амеби.

Література для вчителя

1. Вельш У., Шторх Ф.Введення у цитологію. Переклад із ньому. - М.: Світ, 1986.
2. Заварзін А.А. та ін.Біологія клітин. - СПб.: Вид-во СПбГУ, 1992.
3. Свенсон До., Вебстер П.- М.: Світ, 1982.
4. Лямб М.Біологія старіння - М.: Світ, 1980.
5. Маркосян О.О.Фізіологія - М.: Медицина, 1968.
6. Ліберман Є.А.
7. Єрмолаєв М.В.Біологічна хімія - М.: Медицина, 1984.
8.Рувінський А.О.Загальна біологія. - М.: Просвітництво, 1993.

Література для учнів

1. Грін Н., Стаут У., Тейлор Д.Біологія У 3 т. - М.: Світ, 1993.
2. Де Дюв До.Подорож у світ живої клітини. - М.: Світ, 1982.
3. Ліберман Є.А.Жива клітина. - М.: Світ, 1987.
4. Кемп П. Армс До.Введення у біологію. - М.: Світ, 1988.

БІЛОРУСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

БІОЛОГІЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Кафедра фізіології та біохімії рослин

Фізіологія

РОСЛИННОЇ

КЛІТИНИ

до лабораторних занять практикуму

«Фізіологія рослин»

для студентів біологічного факультету

В. М. Юрін, А. П. Кудряшов, Т. І. Дитченко, О. В. Молчан, І І. Смолич Рекомендовано Вченою радою біологічного факультету 16 червня 2009 р., протокол № Рецензент кандидат біологічних наук, доцент М. А. .Джус Фізіологія рослинної клітини: метод. рекомендації до лабораторних занять практикуму «Фізіологія рослин» для студентів біологічного факультету / В. М. Юрін [і ін.].

- Мінськ: БДУ, 2009. - 28 с.

Даний посібник є складовим елементом навчально-методичного комплексу з дисципліни «Фізіологія рослин» і включає лабораторні роботи з розділу «Фізіологія рослинної клітини».

Призначено для студентів біологічного факультету, які навчаються за спеціальностями «Біологія» та «Біоекологія».

УДК 581. ББК 28. © БДУ,

ВІД АВТОРІВ

Методичні рекомендації щодо лабораторних занять є невід'ємною частиною курсу «Фізіологія рослин». Мета видання – активізація самостійної роботи студентів з урахуванням того, що індивідуальний процес навчання має бути ефективним. Практикум з курсу «Фізіологія рослин» призначений для закріплення теоретичного матеріалу, набуття навичок практичної роботи та ознайомлення з основними методами досліджень фізіологічних процесів рослин. Студентам пропонуються завдання, які деталізують фактичний матеріал, яким вони повинні опанувати самостійно.

Це дозволить використовувати аудиторний час ефективніше.

1. РОСЛИННА КЛІТИНА ЯК

ОСМОТИЧНА СИСТЕМА

Осмотичні системи - це системи, що складаються з двох розчинів речовин різних концентрацій або розчину та розчинника, розділених напівпроникною мембраною. Ідеальна напівпроникна мембрана пропускає молекули розчинника та не проникна для молекул розчиненої речовини. У всіх біологічних системах розчинником є ​​вода. Різниця у складі та концентрації речовин з обох боків напівпроникної мембрани є причиною осмосу – спрямованої дифузії молекул води через напівпроникну мембрану.

Якщо абстрагуватися від детальної будови рослинної клітини і розглядати її з погляду осмотичної моделі, то можна стверджувати, що рослинна клітина є живою осмотичною системою.

Плазматична мембрана напівпроникна, а цитоплазма та тонопласт виступають як єдине ціле. Зовні від напівпроникної мембрани знаходиться клітинна стінка, яка добре проникна для води та розчинених у ній речовин і не перешкоджає переміщенню води. Основну роль осмотичного простору клітини відіграє вакуоля, яка заповнена водним розчином різних осмотично активних речовин – цукрів, органічних кислот, солей, розчинних у воді пігментів (антоціанів та ін.). Однак це досить спрощене уявлення про клітину як про осмотичну систему, оскільки будь-яка органела цитоплазми, оточена мембраною, також є осмотичним осередком. В результаті осмотичний рух води відбувається і між окремою органелою і цитозолем.

МОДЕЛІ РОСЛИННИХ КЛІТИН

Вступні зауваження. Унікальні фізико-хімічні характеристики біомембран забезпечують надходження води та створення високого гідростатичного тиску (тургору) у рослинній клітині, збереження анізотропного розподілу речовин між клітиною та навколишнім середовищем, вибіркове поглинання та виділення речовин, та ряд інших функцій.

Гіпотеза про існування плазматичної мембрани лежить на поверхні клітини висунуто у другій половині ХІХ ст. Наукове обґрунтування цієї гіпотези (концепції) дав В. Пфеффер на основі пояснення явищ плазмолізу та деплазмолізу. На думку Пфеффера, ця мембрана, мала властивість «напівпроникності», тобто була проникна для води і непроникна для розчинених у воді речовин. У наступні роки було проведено дослідження, що дозволили як довести існування подібної структури лежить на поверхні клітини, а й вивчити деякі властивості цієї невидимої в оптичні мікроскопи структури. Проте, аж до другої половини ХХ ст. біомембрани залишалися лише гіпотетичними структурами живої клітини. Тому дослідники для демонстрації тих чи інших властивостей плазматичної мембрани та пояснення закономірностей функціонування пов'язаних із плазмалемою механізмів створювали моделі клітин («штучні клітини»).

У різні періоди часу з'явилися модельні системи - "штучні клітини" Пфеффера, Траубе, Якобса та ін. Перші дві зі згаданих моделей демонстрували явища осмосу, третя - закономірності перенесення через біомембрану слабких електролітів. За виконання лабораторної роботи пропонується створити модельні системи «штучна клітина» по Траубе і Якобсу (у модифікації).

При формуванні моделей «штучної клітини» Пфеффера і Траубе на межі контакту розчинів жовтої кров'яної солі та мідного купоросу утворюється нерозчинна у воді аморфна маса залізосинеродистої міді, що має майже ідеальні осмотичні властивості – проникність для води та непроникність для розчинних. Оскільки мембрана із залізосинеродистої міді поділяє два розчини, то напрям і величина потоку води через неї будуть визначатися різницею хімічних потенціалів молекул води з різних боків мембрани. Якби така мембрана розділяла два розчини однієї й тієї ж речовини, то хімічний потенціал молекул води був би вищим у більш розбавленому розчині, і вода рухалася б з боку меншої концентрації розчину. При визначенні напрямку руху води в системі, що містить різні речовини з обох боків мембрани, слід враховувати ступінь дисоціації речовин, валентність та проникність мембрани для іонів. Для спрощення обговорення експерименту з отримання «штучної клітини» по Траубі припускаємо, що мембрана із залізосинеродистої міді абсолютно непроникна для розчинених речовин, ступінь дисоціації жовтої кров'яної солі та мідного купоросу в розчинах однакова. У цьому випадку для порівняння величин хімічного потенціалу молекул води можна скористатися нормальними концентраціями зазначених солей.

Основні закономірності процесу дифузії речовин різної полярності через плазматичні мембрани було встановлено першій половині ХХ століття. Згідно з дослідженнями Колландера і Барлунда коефіцієнт проникності мембрани до будь-якої речовини може бути передбачений молекулярною масою останнього і коефіцієнт рівноважного розподілу (kр) його між водою і рослинним маслом:

де СМ та СВ – концентрації речовини, які встановилися в системі контактуючих між собою розчинників – олія та вода – у стані рівноваги. Для більшості речовин, що дифундують через плазматичну мембрану, відзначається пряма пропорційність між добутком Рi M i та kр (Pi – коефіцієнт проникності мембрани по відношенню до речовини i; Мi – молекулярна маса речовини i).

Коефіцієнт kр у разі виступає як кількісна міра ступеня гидрофобности: більш гидрофобные речовини акумулюються у маслі і характеризуються великим значенням kр, гидрофильные навпаки – накопичуються у водної фазі, їм величина kр менше. Відповідно неполярні сполуки повинні проникати всередину клітини в результаті процесу дифузії через шар мембранних ліпідів легше, ніж полярні. Ступінь гідрофобності визначається структурою молекули речовини. Однак показники гідрофобності речовини значною мірою залежать від ступеня іонізації молекул в розчині. У свою чергу, ступінь іонізації багатьох органічних та неорганічних речовин (слабких електролітів) визначається величиною рН розчину.

«Штучна клітина» Якобса моделює вибіркову проникність плазматичної мембрани рослинних клітин по відношенню до електрично нейтральних молекул слабких електролітів. У своїй оригінальній конструкції «штучної клітини» Якобс використовував як аналог плазмалеми клапоть жаб'ячої шкіри. У запропонованій для виконання роботі як модель плазмалеми використовується плівка з гідрофобного (полімерного) матеріалу. Це зроблено не лише з міркувань гуманності – полімерна плівка наочно моделює фізико-хімічні властивості ліпідного бісла плазмалеми.

Будучи слабкою основою, амоній існує у водних розчинах у вигляді NH3 і NH4+, співвідношення концентрацій яких залежить від рН середовища і для розведених водних розчинів визначається показником константи дисоціації рК, який при 25 оС дорівнює 9,25:

де і – концентрації молекул аміаку та іонів амонію відповідно.

Якщо через мембрану можуть проникати лише незаряджені молекули аміаку, то неважко показати, що концентрації іонів амонію з різних боків мембрани в рівновазі залежатимуть від рН контактуючих з мембраною розчинів. Для демонстрації процесу перенесення аміаку через мембрану у «штучній клітині» Якобса використовується його здатність зрушувати рН.

Мета роботи. Отримати «штучні клітини» методами Траубе та Якобса та поспостерігати за явищем осмосу – переміщення води через напівпроникну мембрану по градієнту осмотичного потенціалу.

Матеріали та обладнання: 1,0 N розчини жовтої кров'яної солі, мідного купоросу, хлориду амонію, гідрату окису натрію та соляної кислоти, 1 % водноспиртовий розчин нейтрального червоного, папір індикаторний універсальний, фрагменти оплавлених з торця скляних трубок , 3 склянки місткістю 150-200 мл, секундомір.

1. Отримання «штучної клітини» Трауб. Шляхом розведення приготуйте 1,0 N розчин жовтої кров'яної солі (K4Fe(CN)6), 0,5 N та 1, N розчини мідного купоросу (CuSO45 H2O). Візьміть дві пробірки. В одну налийте 0,5 N, а в іншу 1,0 N розчин мідного купоросу. Обережно піпеткою по стінці пробірок введіть у кожну 1,0 N розчин жовтої солі. На поверхні контакту розчинів мідного купоросу та жовтої кров'яної солі утворюється мембрана із залізосинеродистої міді:

Аморфний осад залізосинеродистої міді має майже ідеальні осмотичні властивості, тому при відмінності величин хімічного потенціалу молекул Н2О повинен спостерігатися потік води, який призводить до зміни обсягу «штучної клітини». Слід зазначити, що мембрана із залізосинеродистої міді має слабку еластичність. Тому зі збільшенням обсягу «штучної клітини» мембрана рветься.

Завдання. Прослідкуйте за поведінкою «штучних клітин» у 0,5 N та 1,0 N розчинах мідного купоросу. Замалюйте «штучні клітини»

та опишіть динаміку зміни їх форми.

2. Отримання «штучної клітини» Якобса. Шляхом розведення приготуйте 200 мл 0,5 N розчину хлориду амонію та 100 мл 0,5 N гідрату окису натрію. Налийте розчин гідрату окису натрію в склянку, а розчин хлориду амонію розділіть на дві рівні частини і перелийте їх у склянки місткістю 150-200 мл. Користуючись індикаторним папером та 1,0 N розчинами соляної кислоти та гідрату окису натрію, доведіть показник кислотності розчину у першій склянці до рН 9,0, а у другій – до рН 7,0.

Візьміть 3 фрагменти скляної трубки. На оплавлений торець кожного покладіть по клаптю полімерної плівки і ретельно перев'яжіть їх ниткою. До 50 мл води додайте 5-10 крапель нейтрального розчину червоного і злегка підкисліть середу 1-2 краплями соляної кислоти.

Зазначеним розчином індикатора заповніть «штучні клітини» Якобса (фрагменти скляних трубок з мембранами). Помістіть «штучні клітини» Якобса у склянки з розчинами гідрату окису натрію та хлориду амонію таким чином, щоб зазначені середовища контактували з полімерною мембраною.

Аміак здатний дифундувати через гідрофобну фазу полімерної мембрани. А оскільки всередині «штучної клітини» його концентрація мізерно мала, молекули NH3 переносяться з розчину всередину «клітини» і викликають підлужування вмісту скляної трубки, що відзначається по зникненню малиново-червоного забарвлення «внутрішньоклітинного» вмісту.

Завдання. Визначте час, потрібний для зникнення червоного забарвлення індикатора в кожному з варіантів досвіду.

1. Чому біля поверхні «штучної клітини» в 0,5 N розчині мідного купоросу збільшується концентрація солі?

2. Чому «штучна клітина» в 0,5 N розчині мідного купоросу набухає, а в 1,0 N розчині її поверхня стабільна?

3. Від яких факторів залежить ступінь дисоціації слабких кислот та основ?

4. Чому при поміщенні «штучної клітини» у розчин гідрату окису натрію не відзначає зникнення забарвлення нейтрального червоного?

5. Чому при поміщенні «штучної клітини» в нейтральний розчин хлориду амонію відзначається зсув рН «внутрішньоклітинного» вмісту до слабко основних значень?

6. Що таке осмос?

7. Які розчини називаються гіпо-, ізо- та гіпертонічними?

ЯВЛЯ ПЛАЗМОЛІЗУ І ДЕПЛАЗМОЛІЗУ

РОСЛИННОЇ КЛІТИНИ

Вступні зауваження. Процес виходу води з рослинної клітини та надходження її в клітину через напівпроникну мембрану можна простежити, спостерігаючи явища плазмолізу та деплазмолізу. При поміщенні клітини в гіпертонічний по відношенню до клітинного соку розчин відбувається плазмоліз - відділення протопласту від клітинної стінки через зменшення його обсягу внаслідок виходу води з клітини в зовнішній розчин. У ході плазмолізу форма протопласту змінюється. Спочатку протопласт відстає від клітинної стінки лише деяких місцях, найчастіше куточках. Плазмоліз такої форми називають кутовим. При збільшенні тривалості інкубації рослинної клітини у гіпертонічному розчині спостерігається наступна форма плазмолізу – увігнутий плазмоліз. Для нього характерно збереження контактів протопласту з клітинною стінкою в окремих місцях, між якими поверхні протопласту, що відокремилися, набувають увігнутої форми. Поступово протопласт відривається від клітинних стінок по всій поверхні та набуває округлої форми. Такий плазмоліз має назву опуклого.

Після заміни зовнішнього розчину на чисту воду остання починає надходити всередину клітини. Об'єм протопласту при цьому збільшується та відбувається деплазмоліз. Після завершення протопласт знову заповнює весь обсяг клітини.

Мета роботи. Довести на підставі явищ плазмолізу та деплазмолізу, що рослинна клітина – це осмотична система.

Матеріали та обладнання: мікроскоп, предметне та покривне скло, лезо безпечної бритви, препарувальна голка, пінцет, 1 М розчин сахарози, фільтрувальний папір, цибулина цибулі ріпчастої.

З опуклої сторони поверхні луски цибулі, клітини якої забарвлені у фіолетовий колір завдяки присутності у вакуолях антоціанів, препарувальною голкою знімають епідерміс, поміщають його у краплю води на предметне скло, накривають покривним склом та розглядають у мікроскоп. Потім замінюють воду 1 М розчином сахарози. Для цього наносять на предметне скло поруч із покривним велику краплю розчину і відсмоктують воду шматочком фільтрувального паперу, прикладаючи його з іншого боку від покривного скла. Повторюють цей прийом 2-3 рази до заміни води розчином. Препарат розглядають під мікроскопом. Виявляють поступове відставання протопласту від стінок клітини спочатку у куточках, та був і всій поверхні стінок. Зрештою, протопласт повністю відокремлюється від клітинної стінки та набуває округлої форми.

Потім описаним вище способом заміняють 1 М розчин сахарози на воду. Вода надходить у клітину, що призводить до збільшення обсягу протопласту, який поступово займає колишнє положення. Клітина повертається у початковий стан.

Завдання. Замалювати спостерігаються форми плазмолізу, а також стадії деплазмолізу. Сформулювати висновки.

1. Які особливості будови рослинної клітини надають їй властивостей осмотичної системи?

2. Що таке плазмоліз? Охарактеризуйте основні форми плазмолізу.

3. Що таке деплазмоліз? За яких умов він спостерігається?

ВИЗНАЧЕННЯ ОСМОТИЧНОГО ТИСКУ

КЛІТИННОГО СОКУ ПЛАЗМОЛІТИЧНИМ

МЕТОДОМ

Вступні зауваження. При контакті двох розчинів, що містять різну кількість розчинених речовин, внаслідок притаманного молекул теплового руху відбувається взаємна дифузія, яка призводить до вирівнювання концентрації розчинених речовин у всьому обсязі, що рівноцінно ситуації перемішування рідин. Якщо ж ці розчини розділені напівпроникною мембраною, що затримує молекули розчинених речовин, через кордон контакту розчинів проходитимуть лише молекули розчинника (води). Причому виникає односпрямований струм води через мембрану (осмос). Тиск, який треба прикласти до одного з розчинів системи, щоб перешкодити надходженню розчинника, називається осмотичним тиском. Величина осмотичного тиску розчину прямо пропорційна його концентрації та абсолютній температурі. Вант-Гофф встановив, що осмотичний тиск розведених розчинів підпорядковується газовим законам і може бути розрахований за формулою:

де R - Постійна газова (0,0821); Т - абсолютна температура (273 оС + t оС) розчину; С – концентрація розчиненої речовини у молях; i – ізотонічний коефіцієнт.

Розмір ізотонічного коефіцієнта визначається особливостями процесів розчинення речовини. Для неелектролітів (наприклад, для сахарози) i дорівнює 1. Для розчинів електролітів величина i залежить від числа іонів, на які розпадається молекула, та від ступеня дисоціації. Значення i для розчинів NaCl наведено в таблиці.

Значення ізотонічного коефіцієнта розчинів хлориду натрію Концентрація NaCl Значення i Розмір осмотичного тиску клітинного соку виражає здатність рослинної клітини «всмоктувати» воду і вказує на можливість проростання рослини на ґрунтах різної водоутримуючої сили. У той же час підвищення осмотичного тиску клітинного соку при посусі є критерієм зневоднення рослин та необхідності їх поливу.

Плазмолітичний метод визначення осмотичного тиску клітинного вмісту заснований на тому, що осмотичний тиск розчинів, що зумовлює переміщення води через мембрану, може бути створено різними речовинами (осмолітиками). Тому для визначення осмотичного тиску клітинного соку не потрібно знання його якісного складу та концентрації окремих речовин, а слід знайти концентрацію будь-якої речовини у зовнішньому розчині, при якій рух води через плазмалемму не буде за відсутності тургору та плазмолізу. Для цього зрізи досліджуваної тканини занурюють у ряд розчинів відомої концентрації, а потім розглядають у мікроскоп. Виходячи з того, що плазмоліз здатні викликати лише гіпертонічні розчини, знаходять найслабший з них, у якому виявляється лише початковий плазмоліз в окремих клітинах. Наступний за ним більш розведений розчин не плазмолізуватиме клітини.

Отже, концентрація ізотонічного розчину для цих клітин дорівнюватиме (з відомою часткою похибки) середньому арифметичному між концентраціями сусідніх розчинів.

Для зручності робота проводиться з тканинами, клітини яких містять у клітинному соку антоціани: епідерміс луски синьої цибулі, нижній епідерміс листа традесканції. Як плазмолітик використовують розчини сахарози або NaCl.

Матеріали та обладнання: мікроскоп, предметне та покривне скло, лезо безпечної бритви, препарувальна голка, розчини 1 М NaCl та 1 М сахарози, листя традесканції або цибулини синьої цибулі.

Використовуючи 1 М розчин сахарози або NaCl, приготуйте шляхом розведення по 5 мл розчинів згідно з таблицею.

Ретельно перемішавши розчини, налийте в скляні бюкси чи тигельки, куди помістіть на 30 хв по 2–3 зрізу досліджуваної тканини.

При цьому необхідно стежити, щоб зрізи не плавали на поверхні, а були занурені в рідини (якщо зріз спливає, його слід «утопити» за допомогою препарувальної голки). Бюкси закрити кришками або предметним склом для запобігання випаровування.

Після закінчення зазначеного часу інкубації зрізи розглянете в мікроскоп у краплі відповідного розчину (не у воді!) Тієї ж послідовності, в якій вони поринали в розчини. Скляну паличку або піпетку, якими наносився розчин на предметне скло, після кожного розчину необхідно ретельно обполіскувати дистильованою водою і витирати серветкою або фільтрувальним папером.

Завдання. Визначте в досліджуваній тканині наявність плазмолізу та його ступінь. Ступінь плазмолізу виражається поняттями: "сильний", "слабкий", "початковий", "відсутність плазмолізу". Результати внести до таблиці.

Ступінь плазмолізу Ізотонічна концентрація, М Осмотичний тиск клітинного соку в атм і кПа Встановіть ізотонічну концентрацію хлориду натрію, тобто вміст NaCl, який створює осмотичний тиск аналогічний клітинному соку в досліджуваній тканині. Обчисліть осмотичний тиск рівняння (1). Використовуючи коефіцієнт 101,3 розрахуйте осмотичний тиск у кПа.

1. Що таке осмотичний тиск?

2. Як розраховується величина осмотичного тиску?

3. Від чого залежить величина ізотонічного коефіцієнта?

4. Критерієм якого процесу є підвищення осмотичного тиску клітинного соку?

2. ВЛАСТИВОСТІ КЛІТИННИХ МЕМБРАН

Найважливіша властивість клітинних мембран – вибіркова проникність. Зовнішня цитоплазматична мембрана, відокремлюючи клітину від довкілля, контролює транспорт речовин між клітиною та вільним простором. Внутрішньоклітинні мембрани завдяки властивій їм вибірковій проникності забезпечують функцію компартменталізації, яка дозволяє клітині та органоїдам утримувати в невеликих обсягах необхідні ферменти та метаболіти, створювати гетерогенне фізико-хімічне мікросередовище, здійснювати на різних сторонах мембрани різноманітні, іноді протилежно спрямовані біохімічні.

Проникність клітинних мембран для різних речовин може бути критерієм життєздатності клітин. Виборча проникність мембрани зберігається до того часу, поки клітина залишається живою.

ВИВЧЕННЯ ВИБОРЧОЇ ПРОНИКНОСТІ

ПЛАЗМАЛЕМИ РОСЛИННОЇ КЛІТИНИ

Вступні зауваження. Порівняти проникність плазматичної мембрани для різних речовин можна на основі простих спостережень, що характеризують тривалість збереження плазмолізу в рослинних клітинах, що знаходяться в гіпертонічних розчинах досліджуваних речовин. У разі досить низької проникності плазмалеми для розчиненої речовини або повної відсутності здатності його молекул вільно дифундувати в рослинну клітину буде місце стійкий плазмоліз, при якому плазмолізовані клітини можуть перебувати в незмінному стані тривалий час. Однак якщо молекули розчиненої речовини проходять через мембрану, але повільніше, ніж молекули води, то плазмоліз, що почався, носить тимчасовий характер і незабаром зникає. В результаті поступового проникнення розчиненої речовини в клітину спостерігатиметься надходження води із зовнішнього розчину за градієнтом концентрації, що в кінцевому підсумку викличе перехід клітини в деплазмолізований стан.

Мета роботи. Порівняти проникність клітинних мембран для різних речовин на основі спостереження стійкого та тимчасового плазмолізу.

Матеріали та обладнання: мікроскоп, предметне та покривне скло, лезо безпечної бритви, препарувальна голка, пінцет, 1 М розчин сахарози, 1 М розчин карбаміду, 1 М розчин гліцерину, фільтрувальний папір, цибулина цибулі ріпчастої.

На три предметні стела наносять по краплі розчину: на одне – 1 М розчин сахарози, на інше – 1 М розчин карбаміду, на третє – 1 М розчин гліцерину. У кожну краплю поміщають по фрагменту забарвленого епідермісу цибулі, накривають покривним склом і розглядають під мікроскопом. Знаходять ділянки, де добре видно плазмолизированные клітини. Відзначають час початку плазмолізу – початку спостереження. Залишають препарати на 10–30 хв, потім їх знову розглядають під мікроскопом. У розчині сахарози спостерігається стійкий плазмоліз, а розчинах карбаміду і гліцерину – тимчасовий. Причиною деплазмолізу у двох останніх розчинах є проникність плазмалеми для молекул карбаміду та гліцерину.

Завдання. Проведіть дослідження характеристик плазмолізу рослинних клітин у розчинах різних речовин. Результати спостережень занесіть до таблиці, відзначаючи ступінь плазмолізу через кожні 10 хв після початку спостережень. На основі аналізу результатів експериментів виявите відмінності в тривалості збереження плазмолізованого стану, викликаному різними осмолітиками, і зробіть висновок щодо відносної проникності плазмалеми для досліджуваних речовин.

Розчинена речовина Примітка: +++ – сильний плазмоліз, ++ – середній плазмоліз, + – слабкий плазмоліз.

1. Що таке вибіркова проникність клітинних мембран?

2. Які речовини легше проникають крізь клітинні мембрани?

3. Яка властивість виборчої проникності може бути використана для визначення життєздатності рослинної клітини?

ВИВЧЕННЯ ДИФУЗІЇ НЕЙТРАЛЬНОГО

ЧЕРВОНОГО ЧЕРЕЗ ПЛАЗМАЛЕМУ

РОСЛИННОЇ КЛІТИНИ

Вступні зауваження. Плазматична мембрана ізолює внутрішньоклітинний вміст зовнішнього середовища. Обмін речовин між внутрішньоклітинним вмістом та навколишньою клітиною середовищем відбувається шляхом їх транспорту через мембрану. Ліпідний бішар є бар'єром на шляху руху речовин. Більшість екзогенних фізіологічно значущих речовин надходить усередину клітини внаслідок функціонування на плазмалемі систем пасивного та активного транспорту. Однак можлива і проста пасивна дифузія через ліпідний бислой, який є гідрофобною фазою.

Основні закономірності дифузії речовин через ліпідний бислой було встановлено наприкінці ХІХ – початку ХХ століть, т. е. у період, коли биомембраны залишалися лише гіпотетичними структурами клітини. Саме той факт, що гідрофобні речовини краще проникають всередину клітини, ніж гідрофільні, став основою для припущення дослідників про наявність ліпідів у мембрані.

Процес дифузії речовин через мембрану підпорядковується першому закону Фіка, математичне вираз якого стосовно мембрани описується формулою:

де Pi - Коефіцієнт проникності мембрани для речовини i; CiII та CiI – концентрації речовини i по обидва боки мембрани.

Слабкі кислоти та основи характеризуються тим, що ступінь іонізації їх молекул у розведених розчинах залежить від рН (див. Лабораторну роботу 1, формула (2)). Це означає, що ступінь дисоціації молекул слабкого електроліту в області значень рН чисельно рівних РК дорівнює 50%. При зменшенні рН на одиницю понад 90 % молекул слабкої основи буде іонізовано, а при збільшенні рН на ту саму величину – менше 10 %.

Ще в першій половині ХХ століття було продемонстровано, що нейтральні електрично неіонізовані молекули слабких електролітів досить добре проникають через плазматичну мембрану всередину клітин рослин, у той час як для відповідних іонів мембрани виявляється практично непроникною. Наприклад, коефіцієнти проникності плазмалеми для аміаку та іону амонію різняться більш ніж 100 разів. Отже, зсув рН значень лише з 1–2 од. призводить до більш ніж 10-кратної зміни концентрації транспортованих через мембрану форм молекул речовини.

Серед слабких електролітів особливий інтерес становлять кислотно-основні індикатори, оскільки молекул цих речовин характерна зміна їх оптичних властивостей при іонізації. Крім того, завдяки характерному фарбуванню розчинів зазначених сполук досить просто визначити їх вміст колориметрично. Нейтральний червоний (НК) – слабка основа. Іонізовані молекули НК (при рН 6,8 і нижче) забарвлюють розчини інтенсивно малиновий колір. При підвищенні рН від 6,8 до 8,0 відбувається поступова зміна забарвлення до блідо-жовтого через зменшення ступеня дисоціації молекул НК. У лужних розчинах переважають добре транспортуються через ліпідний бислой плазматичної мембрани електрично незаражені молекули НК, а кислих – слабопроникні мембрани іони НК.

молекули НК, що надходять через плазмалемму всередину, можуть дифундувати і через інші клітинні мембрани, проте проникнувши всередину вакуолі (кислотного компартменту рослинної клітини) молекули НК іонізуються, забарвлюючи вміст вакуолі в малиновий колір. При цьому іони ПК виявляються "замкнутими" у просторі вакуолі, тобто мають тенденцію до акумуляції.

Мета роботи. Вивчити закономірності дифузії нейтрального червоного через плазмалему рослинної клітини Матеріали та обладнання: ножиці, водно-спиртовий розчин нейтрального червоного, децинормальні розчини гідрату окису натрію та соляної кислоти, папір індикаторний універсальний, чашки Петрі, мікроскоп, секундомір.

До 100 мл води додайте 5 крапель нейтрального розчину червоного.

Цей розчин розлийте порівну у 4 чашки Петрі. Контролюючи кислотність вмісту чашок Петрі універсальним індикаторним папером за допомогою розчинів НСl і NaOH доведіть показник кислотності у першій чашці Петрі до рН 9,0, у другій – до рН 8,0, у третій – до рН 7,0, у четвертій – до рН 5.0. Зробіть маркування чашок Петрі.

Обережно відокремте ножицями від талому Nitella flexilis 8–12 клітин міжвузля водорості. Розглядаючи міжвузля під мікроскопом, переконайтеся в нативності відпрепарованих клітин: у живих непошкоджених клітин зберігаються безперервні ряди хлоропластів, розташовані паралельно світлій лінії, крім того спостерігається інтенсивний рух цитоплазми – циклоз.

Помістіть у чашки Петрі по 2-3 клітини міжвузля водорості.

Увімкніть секундомір.

Завдання. Визначте час, необхідний фарбування клітин водорості у кожному варіанті досвіду. Для цього після закінчення 5 хв порівняйте клітини міжвузля водорості кожного з варіантів інтенсивності забарвлення. Повторіть операцію через 10, 20, 30 хв. Результати спостережень занесіть до таблиці. Зробіть висновок щодо форм слабкої основи, що дифундуються через мембрану.

Значення рН середовища Примітка: +++ – інтенсивне забарвлення, ++ – середнє забарвлення, + – слабке забарвлення, – забарвлення відсутня.

1. Від яких факторів залежить ступінь дисоціації слабких кислот та основ?

2. Чому біомембрани більш проникні до недисоційованих форм слабких електролітів?

3. За яких умов відзначається акумуляція слабкого електроліту у клітині?

ЗМІНА ПРОНИЦЮВАННЯ ТОНОПЛАСТА

І ПЛАЗМАЛЕМИ ДЛЯ БЕТАЦІАНІНУ ПІД

ДІЄМ ФІЗИЧНИХ І ХІМІЧНИХ

ЧИННИКІВ

Вступні зауваження. Виборча проникність клітинних мембран змінюється під впливом різних чинників. Визначити вплив будь-яких речовин чи умов на мембранну проникність можна, вимірюючи вихід різних метаболітів із клітини.

Бетаціанін - пігмент столових буряків - відносно велика, добре розчинна у воді молекула, що знаходиться в клітинному соку.

Щоб потрапити у зовнішнє середовище, молекула бетаціаніну має пройти через тонопласт, основний цитоплазматичний матрикс та плазмалемму. Тонопласти живих клітин непроникні молекул цього пігменту. Дифузія бетаціаніну з вакуолі в середу може проходити досить швидко при дії різних факторів або агентів, що викликають збільшення проникності мембран. Вимірюючи оптичну густину інкубаційного середовища через певний проміжок часу, можна оцінити ступінь впливу того чи іншого фактора на проникність мембран.

Мета роботи. Визначити вплив температури, а також кислот та спиртів на проникність клітинних мембран для бетаціаніну після його виходу у зовнішній розчин.

Матеріали та обладнання: дистильована вода, 30% розчин оцтової кислоти, 50% розчин етанолу, фільтрувальний папір, пробірки, штатив для пробірок, водяна баня, спектрофотометр або фотоколориметр, коренеплід столових буряків.

Коренеплід буряків після видалення покривних тканин розрізають на кубики (сторона кубика 5 мм) і ретельно промивають водою протягом 5-10 хв, щоб видалити пігмент, що вийшов із пошкоджених клітин.

Потім їх поміщають по одному в кожну з 4 пробірок, які наливають по 5 мл різних середовищ відповідно до схеми досвіду: дистильовану воду (2 пробірки), розчини оцтової кислоти і етанолу.

Першу пробірку з дистильованою водою залишають у штативі, а другий вміст нагрівають на водяній бані протягом 2–3 хв. Через 30 хв усі пробірки інтенсивно струшують, кубики буряків витягують, а інтенсивність фарбування розчинів визначають на фотоколориметрі із зеленим світлофільтром або спектрофотометрі =535 нм.

Оптична густина розчину, Інтенсивність фарбування, Варіант досвіду Завдання. Проведіть дослідження. Результати вимірювань оптичної густини занесіть до таблиці. Виявіть відмінності в проникності тонопласту та плазмалеми для бетаціаніну клітин коренеплоду буряків, підданих впливу різних факторів, і зробіть висновок про причини цих відмінностей.

1. Яке значення має вибіркова проникність клітинних мембран?

2. Від чого залежить вибіркова проникність мембран рослинної клітини?

3. ВЛАСТИВОСТІ ЦИТОПЛАЗМИ

Основний обсяг цитоплазми, що заповнює простір між клітинними органелами, називається цитозолем. Перед води у цитозолі припадає приблизно 90 %. У розчиненому вигляді у цитозолі містяться практично всі основні біомолекули. Справжні розчини утворюють іони та малі молекули (солі лужних та лужноземельних металів, цукру, амінокислоти, жирні кислоти, нуклеотиди та розчинені гази). Великі молекули, такі як білки, утворюють колоїдні розчини. Колоїдний розчин може бути золем (нев'язким) та гелем (в'язким). Від в'язкості цитозолю залежить інтенсивність перебігу більшості внутрішньоклітинних процесів.

Найважливішою властивістю цитоплазми є її активний рух.

Це характерна риса живої рослинної клітини, показник активності процесів її життєдіяльності. Рух цитоплазми забезпечує внутрішньоклітинний та міжклітинний транспорт речовин, переміщення органел усередині клітини, відіграє важливу роль у реакціях подразливості. У його здійсненні беруть участь елементи цитоскелета – мікрофіламенти та мікротрубочки. Джерелом енергії для цього руху є АТФ. Рух цитоплазми (циклоз) – один із найбільш чутливих показників життєздатності клітини. Багато навіть незначних впливів зупиняють або, навпаки, прискорюють його.

ВПЛИВ ІОНІВ КАЛІЮ І КАЛЬЦІЮ НА

В'ЯЗКІСТЬ ЦИТОПЛАЗМИ РОСЛИННОЇ КЛІТИНИ

Вступні зауваження. Окремі катіони здатні суттєво змінювати в'язкість цитоплазми. Встановлено, що іони калію сприяють підвищенню її обводненості та зниженню в'язкості. Найменша в'язкість цитоплазми сприяє протіканню синтетичних процесів, внутрішньоклітинному транспорту речовин, але знижує стійкість рослинних клітин до несприятливих зовнішніх умов. На відміну калію кальцій збільшує в'язкість цитоплазми. За більшої в'язкості цитозолю повільніше йдуть фізіологічні процеси, що підвищує стійкість клітини до несприятливих умов довкілля.

Про зміни в'язкості цитоплазми під дією іонів калію та кальцію можна судити за формою плазмолізу в клітинах, що знаходяться у гіпертонічних розчинах їх солей. При тривалій інкубації рослинних клітин у розчинах, що містять іони калію, спостерігається ковпачковий плазмоліз. При цьому іони калію проходять через плазмалемму до цитоплазми, але досить повільно проникають через тонопласт у вакуолю. В результаті набухання цитоплазми протопласт набуває опуклої форми, відокремлюючись тільки від поперечних ділянок клітинних стінок, з боку яких і спостерігається утворення так званих «ковпачків». Викликане кальцієм збільшення в'язкості цитоплазми легко виявити, спостерігаючи за зміною форми протопласту, що плазмолізується: якщо плазмолітик містить кальцій, то увігнутий плазмоліз часто переходить у судомну форму.

Мета роботи. Вивчити характер впливу іонів калію та кальцію на в'язкість цитоплазми рослинної клітини на основі спостережень ковпачкового та судомного плазмолізу.

Матеріали та обладнання: мікроскоп, предметне та покривне скло, лезо безпечної бритви, препарувальна голка, пінцет, 1 М розчин KNO3, 1 М розчин Ca(NO3)2, фільтрувальний папір, цибулина цибулі ріпчастої.

На одне предметне скло наносять краплю 1 М розчину нітрату калію, інше – 1 М розчину нітрату кальцію. В обидві краплі поміщають шматочком епідермісу цибулі, знятого з увігнутої поверхні однієї і тієї ж луски цибулини, накривають покривними стеклами. Через 30 хвилин препарати розглядають під мікроскопом у тих розчинах, де вони знаходилися. Спостерігається явище плазмолізу. У деяких клітинах епідермісу, витриманого в розчині КNO3, з боку поперечних стінок клітини цитоплазма утворює «ковпачки», поява яких зумовлена ​​підвищенням цитозолю підводом під дією іонів калію. Іони кальцію, навпаки, підвищують в'язкість цитоплазми, збільшують сили зчеплення її з клітинною стінкою, і протопласт набуває неправильних обрисів, характерних для судомного плазмолізу.

Завдання. Замалюйте форми плазмолізу, що спостерігаються. Виявіть залежність форми плазмолізу від в'язкості цитоплазми у присутності іонів калію та кальцію.

1. Яким чином іони калію та кальцію впливають на в'язкість цитоплазми?

2. За яких умов спостерігається судомний плазмоліз?

3. Чим обумовлено утворення «ковпачків» внаслідок інкубації клітин у розчині KNO3?

СПОСТЕРЕЖЕННЯ РУХУ ЦИТОПЛАЗМИ

РОСЛИННИХ КЛІТИН І ВИМІР ЙОГО

ШВИДКОСТІ

Вступні зауваження. Найбільш зручні для спостереження за переміщенням цитоплазми великі рослинні клітини з великими вакуолями (клітини міжвузлів харових водоростей, морські зелені сифонові водорості, клітини листя водних рослин елодеї, валліснерії та ін.). Вирізняють кілька типів руху цитоплазми. Найбільш широко поширений коливальний рух. Його вважають найменш упорядкованим, тому що при цьому одні частинки перебувають у спокої, інші ковзають до периферії, треті – до центру клітини. Рух має нестійкий, довільний характер. Циркуляційний рух характерний для клітин, які мають цитоплазматичні тяжі, що перетинають центральну вакуоль. Напрямок та швидкість руху частинок, що знаходяться всередині або на поверхні шару цитоплазми, а також у цитоплазматичних шарах, є непостійними. При ротаційному русі цитоплазма переміщається тільки на периферії клітини і рухається подібно до приводного ременя. Рух цього типу, на відміну циркуляційного, має більш менш постійний і впорядкований характер, тому зручно кількісного вивчення. Крім перерахованих виділяють ще рухи цитоплазми, наприклад фонтануючий і човниковий. Типи руху різняться між собою умовно і в одній і тій же клітині можуть переходити від одного до іншого.

Рух цитоплазми можна охарактеризувати, визначивши його швидкість, що залежить як від рушійної сили, а й в'язкості цитоплазми. Швидкість руху цитоплазми можна виміряти під мікроскопом, спостерігаючи пересування її частинок.

Мета роботи. Ознайомитись з ротаційним типом руху цитоплазми та провести вимірювання його швидкості у різних рослинних об'єктів.

Матеріали та обладнання: мікроскоп, предметне та покривне скло, лезо безпечної бритви, препарувальна голка, розчин штучної ставкової води, лист валліснерії, інтернодальні клітини нітелли.

Від листової пластинки валліснерії гострою бритвою відрізають невеликий шматочок, намагаючись якнайменше травмувати лист, поміщають його в краплю води на предметне скло і розглядають під мікроскопом спочатку при малому, потім при великому збільшенні. Робити зрізи з листа не рекомендується, тому що клітини при цьому сильно травмуються і рух у них зупиняється. Рух цитоплазми легко спостерігати за переміщенням усіх хлоропластів в одному напрямку вздовж клітинної стінки. Такий рух називається ротаційним.

Для спостереження циклозу в клітинах нітелли попередньо відпрепаровані клітини поміщають у спеціальні камери, що заповнюють розчином штучної ставкової води. У всіх харових водоростей також спостерігається ротаційний тип руху цитоплазми, проте хлоропласти у цих клітинах нерухомі. Безпосередньо до целюлозної оболонки вони примикає щільний і нерухомий шар цитоплазми, званий ектоплазмою. У цьому шарі фіксовані хроматофори, які утворюють один шар правильних поздовжніх рядів, що щільно примикають один до одного. Між вакуоллю та шаром ектоплазми знаходиться внутрішній рідкий рухомий шар цитоплазми, так звана ендоплазма. Його інтенсивне пересування можна спостерігати за переміщенням дрібніших, ніж хлоропласти органел – дрібних безбарвних включень, зважених у цитоплазмі.

Для визначення швидкості руху цитоплазми використовують секундомір та окулярну лінійку, поміщену в окуляр мікроскопа. За допомогою секундоміра відраховують час, протягом якого хлоропласт або інша частинка, що рухається, проходить відстань між двома обраними поділами окулярної лінійки. Такі вимірювання в одній клітині проводять 3-5 разів. Для розрахунку швидкості руху цитоплазми проводять вимірювання ціни поділу окулярної лінійки. Для цього на столик мікроскопа кладуть об'єкт мікрометр, який розглядають в окуляр мікрометр. Фіксують вибраний об'єктив на поділах об'єктмікрометра і підраховують кількість поділок об'єкту мікрометра. Ціну поділів окулярмікрометра розраховують за формулою де N - ціна поділів окулярмікрометра; 10 мкм - ціна розподілу об'єкту мікрометра; b - Число поділів окулярмікрометра, що уміщаються в (а) поділах об'єктмікрометра.

Швидкість руху частинок - відношення величини відстані в мікрометрах до секунд, за яке рухома частка проходить цю відстань (мкм/с).

Завдання. Проведіть визначення величин швидкості руху цитоплазми у клітинах водяних рослин. Результати вимірювань занесіть до таблиці. Зробіть схематичні малюнки клітин розглянутих об'єктів і стрілками вкажіть напрямок руху цитоплазми, порівняйте характер і швидкість циклозу.

Об'єкт Тип рухомих Відстань Час пробігу часткою, з Швидкість циклозу, 1. Що являє собою цитозоль?

2. Як форма плазмолізу залежить від в'язкості цитоплазми рослинних клітин?

3. У чому полягає біологічне значення руху цитоплазми?

4. Назвіть основні типи руху цитоплазми?

5. Від чого залежить швидкість руху цитоплазми?

Від авторів………………………………………………………….

1. РОСЛИННА КЛІТИНА ЯК ОСМОТИЧНА

СИСТЕМА………………………………………………………….

Лабораторна робота Моделі рослинних клітин……………………………………... Лабораторна робота Явище плазмолізу та деплазмолізу рослинної клітини..……. Лабораторна робота Визначення осмотичного тиску клітинного соку плазмолітичним методом………………………………….……………. 2. ВЛАСТИВОСТІ КЛІТИННИХ МЕМБРАН………..…………..

Лабораторна робота Вивчення виборчої проникності плазмалеми рослинної клітини…………………….……………………………….. Лабораторна робота Вивчення дифузії нейтрального червоного через плазмалему Лабораторна робота Зміна проникності тонопласту та плазмалеміни для бета фізичних та хімічних факторів... 3. ВЛАСТИВОСТІ ЦИТОПЛАЗМИ………………………………... Лабораторна робота Вплив іонів калію та кальцію на в'язкість цитоплазми рослинної клітини……………………………… ..……………………. Лабораторна робота Спостереження руху цитоплазми рослинних клітин та вимір його швидкості……………………………………………….

ФІЗІОЛОГІЯ РОСЛИННОЇ КЛІТИНИ

практикуму «Фізіологія рослин»

для студентів біологічного факультету Відповідальний за випуск А. П. Кудряшов Підписано до друку 31. 08. 2009. Формат 6084/16. Папір офсетний.

Гарнітура Таймс. Ум. піч. л. 1,63. Уч.-вид. л. 1,62. Тираж 50 екз. Зак.

Білоруський державний університет 220030, Мінськ, проспект Незалежності, 4

Надруковано з оригіналу-макета замовника на копіювально-розмножувальній техніці Білоруського державного університету.

Схожі роботи:

«МІНІСТЕРСТВО ОХОРОНИ ЗДОРОВ'Я РОСІЇ Державна бюджетна освітня установа вищої професійної освіти ЛІКАРСЬКИЙ КОНТРОЛЬ МЕТОДИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ ДЛЯ АУДИТОРНОЇ РОБОТИ СТУДЕНТІВ спеціальності: 060103 (040200) – Педіатрія ( ПЕД), 5 курс ТЕМА ЗАНЯТТЯ: ЛФК У СИСТЕМІ МЕДИЧНОЇ РЕАБІЛІТАЦІЇ. ОСНОВИ...»

« УНІВЕРСИТЕТ Кафедра безпеки життєдіяльності, анатомії та фізіології ФІЗІОЛОГІЯ (ФІЗІОЛОГІЯ ЛЮДИНИ ТА ТВАРИН) Навчально-методичний комплекс Для студентів, які навчаються за спеціальністю 020201 Біологія Горно-Алтайськ но-Алтайського державного...»

«Рецензенти: доктор біологічних наук, професор Панов Валерій Петрович – МСГА; доктор сільськогосподарських наук, професор Груздєв Микола Васильович – зав. кафедрою приватної зоотехнії РУДН. Блохін Г. І. та ін. К64 Кінологія. Навчальний посібник для вузів / Г. І. Блохін, М. Ю. Гладких, А. А. Іванов, Б. Р. Овсіщер, М. В. Сидорова – М.: ТОВ Видавництво Скрипторій 2000, 2001. – 432 с. з іл. Навчальний посібник включає відомості з анатомії, фізіології, годівлі, змісту, розведення та генетики собак.

«КАЗАНСЬКИЙ ФЕДЕРАЛЬНИЙ (ПРИВОЛЖСЬКИЙ) УНІВЕРСИТЕТ Біолого-ґрунтовий факультет Кафедра фізіології людини і тварин ПРАКТИКУМ З ФІЗИКО-ХІМІЧНИХ МЕТОДІВ У БІОЛОГІЇ Навчально-методичний посібник Яковлєв О. В. О. В. Яковлєв. Казань-2010 1 Друкується за рішенням навчально-методичної ради біолого-ґрунтового факультету КФ(П)У протокол № від Засідання кафедри фізіології людини та тварин № від Рецензент: Яковлєва О.В., Сітдікова Г.Ф., Яковлєв А.В. Практикум з фізико-хімічних методів...»

«Бюлетень нових надходжень (листопад 2008 р.) 1. ГРОМАДСЬКІ НАУКИ 1.1. Філософія. Психологія Логіка 1. Ю9я7 Богомолова, Н. Н. Соціальна психологія масової комунікації: навч. поБ 74 посібник для вузів / Н. Н. Богомолова. – М.: Аспект Прес, 2008. – 191 с. а - 1; ч/зо - 1; 2. Юя7 Введення у філософію: навч. посібник для вузів / І. Т. Фролов [та ін]. - 4-те У 24 вид., перероб. та дод. – М.: Культурна революція, 2007. – 623 с. уч/б - 1; 3. Ю Голдобіна, Л. А. Суспільство як особливий рід буття:...»

«БІЛОРУСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БІОЛОГІЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ Кафедра ботаніки ОСНОВИ БОТАНІКИ Методичні вказівки до лабораторних занять для студентів 1 курсу денного відділення спеціальностей 1-31 01 02 Біохімія; 1-31 01 03 Мікробіологія МІНСЬК 2013 УДК 581.4(077) ББК 28.56р.я73 О-75 Т. А. Сауткіна, В. Д. Поліксенова, А. К. Храмцов , В. Н. Тихомиров, М. А. Джус Рекомендовано порадою біологічного факультету Білоруського державного університету 27 лютого 2013...»

«БІЛОРУСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БІОЛОГІЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ Кафедра фізіології людини та тварин РОЗВИТОК ВИЩИХ ДЗВІНОЧНИХ: ПТАХІ Методичні вказівки з курсу Біологія індивідуального розвитку для студентів біологічного факультету спеціальності 100 10 ББК 28.706 Р 17 Автори-упорядники: Г. Т. Маслова, О. В. Сидоров Рекомендовано Вченою радою біологічного факультету 7 грудня 2007 р., протокол № 5 Рецензент кандидат біологічних наук, доцент C....»

«Державна бюджетна освітня установа вищої професійної освіти Іркутський державний медичний університет Міністерства охорони здоров'я Російської Федерації Серцево-судинна система: анатомо-фізіологічні особливості, методи дослідження та семіотика основних поразок Навчально-методичний посібник Іркутськ ІГМУ 2012 1 УДК 3 факультету ГБОУ ВПО ІГМУ МОЗ Росії як...» ОХОРОНИ ЗДОРОВ'Я І СОЦІАЛЬНОГО РОЗВИТКУ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ (ГБОУ ВПО ВОЛГГМУ МІНЗДРАВСОЦРАЗВИТКУ РОСІЇ) Стверджую _ зав. кафедрою патологічної фізіології, д.м.н., професор Л.М. Рогова МЕТОДИЧНА РОЗРОБКА для студентів з проведення практичних занять дисципліни Патофізіологія, патофізіологія голови та шиї за спеціальністю...»

«Федеральне агентство з освіти Державна освітня установа вищої професійної освіти ГІРНИЧО-АЛТАЙСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ Кафедра безпеки життєдіяльності, анатомії та фізіології ЛЮДИНА Навчально-методичний комплекс 09 Друкується за рішенням методичної ради Гірничо-Алтайського державного університету УДК 611; 591.4 ББК Авторський...»

“Донецький національний медичний університет ім. М.Горького Кафедра медичної хімії МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ до практичних занять з медичної хімії для студентів першого курсу міжнародного медичного факультету. Донецьк – 2011 1 Методичні вказівки підготували: зав. кафедрою, доцент Різдвяний О.Ю. доцент Сідун М.С., ст. викладач Павленко В.І., асистенти кафедри Ігнатьєва В.В., Бойцова В.Є., Бусуріна З.А., Стрілецька Л.П., Сидоренко Л.М. Методичні вказівки затверджено на...»

«ІРКУТСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ МЕДИЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ Кафедра комунальної гігієни та гігієни дітей та підлітків ГІГІЄНІЧНІ ВИМОГИ бно-методичний посібник/ Погорєлова І .Г., Попов І.П., Макарова Л.І.- Іркутськ: Вид-во ІДМУ, 2010 р. Навчально-методичний посібник підготували за редакцією зав. кафедрою професора Ігнатьєвої Л.П. співробітники кафедри...»

«БІЛОРУСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БІОЛОГІЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ Кафедра фізіології людини та тварин РОЗВИТОК АМФІБІЙ Методичні вказівки з курсу Біологія індивідуального розвитку для студентів біологічного факультету спеціальності 1-31 01 01 Б6 К6 06 17 Автори-упорядники: Г. Т. Маслова, А .В. Сидоров Рекомендовано Вченою радою біологічного факультету 10 квітня 2007 р., протокол № 7 Рецензент кандидат біологічних наук, доцент C. В. Глушен...»

«Забезпечення освітнього процесу іншими бібліотечно-інформаційними ресурсами та засобами забезпечення освітнього процесу, необхідними для реалізації заявлених до ліцензування освітніх програм. для студентів мед. вузів Савельєва, Акушерство 537 432 Шаліна, Січінава, Паніна, Курцер. - М.: Геотар-Медіа, 2009 ... »

«П'ятигорська філія Державної бюджетної освітньої установи вищої професійної освіти Волгоградський державний медичний університет Міністерства охорони здоров'я Російської Федерації КАФЕДРА БІОЛОГІЧНОЇ ХІМІЇ І МІКРОБІОЛОГІЇ Є.Г. ДОРКІНА ЗАГАЛЬНА МІКРОБІОЛОГІЯ. ЧАСТИНА 2 ФІЗІОЛОГІЯ МІКРООРГАНІЗМІВ Методичні вказівки для самостійної (позааудиторної) роботи студентів 1 курсу (очна форма навчання) з дисципліни С2.Б.11 – МІКРОБІОЛОГІЯ П'ятигорськ 2013 1 УДК...»

«ФЕДЕРАЛЬНА АГЕНЦІЯ З ОСВІТИ ДЕРЖАВНА ОСВІТАЛЬНА УСТАНОВА ВИЩОЇ ПРОФЕСІЙНОЇ ОСВІТИ ВОРОНЕЗЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ А. Єпринцев, В.М. Попов, Д.М. Федорін ІДЕНТИФІКАЦІЯ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ЕКСПРЕСІЇ ГЕНІВ Навчально-методичний посібник для вузів Видавничо-поліграфічний центр Воронезького державного університету 2008 Затверджено науково-методичною радою біолого-грунтового факультету 14 лютого 2002

«ДЕРЖАВНИЙ ОСВІТНИЙ УСТАНОВА ВИЩОЇ ПРОФЕСІЙНОЇ ОСВІТИ КУРСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ МЕДИЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ МІНІСТЕРСТВО ОХОРОНИ ЗДОРОВ'Я ФОРСІЙ КАФЕДРА БІОЛОГІЧНОЇ ХІМІЇ ПОСІБНИК ДЛЯ САМОПІДГОТОВКИ З БІОЛОГІЧНОЇ ХІМІЇ ДЛЯ СТУДЕНТІВ ФАРМАЦЕВТИЧНОГО ФАКУЛЬТЕТУ, ЗАТОВНОГО ВІДДІЛЕННЯ КУРСЬК – 2005 УК: 2002 Друкується за рішенням редакційно-видавничої ради КДМУ Посібник для самопідготовки з біологічної хімії...»

«ДЕРЖАВНА БЮДЖЕТНА ОСВІТАЛЬНА УСТАНОВА ВИЩОЇ ПРОФЕСІЙНОЇ ОСВІТИ ВОЛГОГРАДСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ МЕДИЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ МІНІСТЕРСТВА ЗДОРОВ'Я ОЙ ФЕДЕРАЦІЇ (ГБОУ ВПО ВОЛГГМУ МІНЗДРАВСОЦРАЗВИТКУ РОСІЇ) Стверджую зав. кафедрою патологічної фізіології, д.м.н., професор Л. Н. Рогова МЕТОДИЧНА РОЗРОБКА для студентів з проведення практичних занять дисципліни Патофізіологія, патофізіологія голови та шиї за спеціальністю...»

«1 2 Н. І. Федюкович АНАТОМІЯ ТА ФІЗІОЛОГІЯ ЛЮДИНИ Допущено Міністерством освіти Російської Федерації як навчальний посібник для студентів медичних училищ, які навчаються за спеціальністю 0406 Сестринська справа Видання друге Ростов-на-Дону Фенікс 2003 ББК 3322. .Ф 32 Анатомія та фізіологія людини: Навчальний посібник. Вид. 2-ге. - Ростов н/Д: вид-во: Фенікс, 2003. - 416 с. У навчальному посібнику висвітлено питання нормальної, анатомії та фізіології людини з урахуванням...»

РОЗДІЛ 2

ЛАБОРАТОРНІ ЗАНЯТТЯ

Лабораторна робота №1

Порівняння проникності мембран живих та мертвих клітин

Завдання:виявити відмінності у проникності мембран живих і мертвих клітин і зробити висновок про причини цих відмінностей.

Матеріали та обладнання:пробірки, штатив для пробірок, скальпель, спиртування або газовий пальник, 30% розчин оцтової кислоти, коренеплід столових буряків.

Порядок роботи

1. Коренеплід буряків після видалення покривних тканин розрізають на кубики (сторона кубика 5 мм) і ретельно промивають водою, щоб видалити пігмент, що вийшов із пошкоджених клітин.

2. По одному шматочку буряка опускають у три пробірки. У першу та другу наливають по 5 мл води, у третю - 5 мл 30%-го розчину оцтової кислоти. Першу пробірку залишають для контролю. Вміст другої кип'ятять 2-3 хвилини.

3. В вакуолях клітин коренеплоду столового буряка міститься бетаціанін - пігмент, що надає тканини коренеплоду забарвлення. Тонопласти живих клітин непроникні молекул цього пігменту. Після загибелі клітин тонопласт втрачає властивість напівпроникності, стає проникним, молекули пігменту виходять із клітин та фарбують воду.

У другій та третій пробірках, де клітини були вбиті кип'ятінням або кислотою, вода фарбується, а в першій пробірці залишається незабарвленою.

4. Записати результати спостережень.

Лабораторна робота №2

Тургор, плазмоліз та деплазмоліз

Завдання:вивчити під мікроскопом явища тургору, плазмолізу та деплазмолізу в клітинах епідерми синьої цибулі.

Матеріали та обладнання:мікроскопи, препарувальне приладдя, спиртування, синя цибуля, коріння столових буряків, 30%-й розчин цукру, 5-8%-й розчин калійної селітри.

Порядок роботи

1. Зробити площинний зріз епідерми синьої цибулі, покласти її на предметне скло в краплю води.

2. Закрити краплю покривним склом та спостерігати за клітинами у стані тургору у мікроскоп.

3. Взяти краплю 30% розчину цукру і помістити її поруч з покривним склом.

4. Торкаючись фільтрувальним папером протилежного кінця покривного скла, провести заміну води в препараті розчином цукру.

5. Знову провести спостереження під мікроскопом. Якщо плазмоліз ще помітний, повторити заміну води розчином цукру.

Під мікроскопом буде добре помітний плазмоліз у живих клітинах епідерми.

6. Провести досвід у зворотному порядку, тобто знову повернути воду та поспостерігати явище деплазмолізу.

7. Замалювати клітини у стані тургору, плазмолізу та деплазмолізу.

8. Для доказу того, що плазмоліз та деплазмоліз відбуваються лише у живих клітинах, паралельно провести такий досвід. Один із зрізів епідерми цибулі, поміщений у краплю води, потримати над полум'ям спиртування, щоб убити клітини. Потім нанести розчин цукру та подивитися, чи відбувається плазмоліз.

Описаний досвід дозволяє познайомитися не тільки з процесами тургору, плазмолізу та деплазмолізу, але і з процесом надходження речовин у клітину (в даному випадку молекул цукру з розчину).

При вивченні явищ плазмолізу та деплазмолізу в клітинах кореня столових буряків порядок роботи такий самий, але замість розчину цукру краще використовувати 5% розчин калійної селітри.

Лабораторна робота №3

Визначення транспірації ваговим методом

Завдання:визначити кількість води, що випаровується рослиною за певний проміжок часу, ваговим методом.

Матеріали та обладнання:ваги, різноваги, ножиці, посуд, підставка, живі рослини.

Порядок роботи

1. U-подібну трубку закріпити на підставці і налити в неї воду. Зрізати з рослини один лист (або невелику гілку з двома листами) і за допомогою ватної пробки зміцнити його в одному коліні (ватна пробка не повинна торкатися води, інакше вода випаровуватиметься і через неї). Інше коліно закрити каучуковою або пластмасовою пробкою (якщо немає такої трубки, можна взяти просту пробірку та поверхню води залити олією, щоб не було випаровування).

2. Зважити прилад і водночас маленький кристалізатор, наповнений водою. Прилад і кристалізатор помістити на вікно.

3. Через 1-2 години провести повторне зважування. Маса зменшується в обох випадках, оскільки відбувається випаровування води.

Лабораторна робота №4

Спостереження за рухом продихів

Завдання:спостерігати за устьичними рухами, пояснити причину устьичних рухів, замалювати продихи у воді та в розчинах 5-ти та
20%- го гліцерину.

Мета роботи:спостерігати за устьичними рухами у воді та в розчині гліцерину.

Матеріали та обладнання:розчини гліцерину (5-ти та 20%-й), 1М розчин сахарози, мікроскопи, предметні та покривні скла, препарувальні голки, фільтрувальний папір, бюкси, листя будь-яких рослин.

Порядок роботи

1. Приготувати кілька зрізів нижньої епідерми листа і помістити їх на 2 години в 5% розчин гліцерину. Гліцерин проникає у вакуолі замикаючих клітин, знижує їх водний потенціал і, отже, підвищує їхню здатність насмоктувати воду. Зрізи поміщають на предметне скло у тому розчині, відзначають стан клітин і замальовують їх.

2. Замінити гліцерин водою, відтягуючи його з-під скла фільтрувальним папером. При цьому спостерігається відкриття устьичних щілин. Препарат замалювати.

3. Воду замінити сильним осмотиком - 20%-ним розчином гліцерину або 1М розчином сахарози. Спостерігають закривання продихів.

4. Зробити висновки.

Лабораторна робота №5

Продукти фотосинтезу

Завдання:вивчити процес утворення первинного крохмалю у листі.

Матеріали та обладнання:спиртівки, водяні лазні, ножиці, електроплитки, лампи розжарювання 200-300 Вт, посуд, живі рослини (гарбуз, квасоля, пеларгонія, примула та ін.), етиловий спирт, розчин йоду в йодистому калії.

Порядок роботи

1. За допомогою крохмальної проби довести, що у процесі фотосинтезу утворюється крохмаль.

Добре политу рослину треба поставити на 2-3 дні в темне місце. За цей час відбудеться відтік асимілятів із листя. Новий крохмаль утворитися у темряві не може.

Щоб отримати контраст від процесу фотосинтезу, частину аркуша треба затемнити. Для цього можна використовувати фотонегатив або два однакові світлонепроникні екрани, прикріпивши їх зверху і знизу. Малюнки на екрані (вирізки) можуть бути різними.

Лампу розжарювання 200-300 Вт поміщають на відстані 0,5 м від листа. Через годину чи дві аркуш треба обробити, як зазначалося вище. Найзручніше це робити на плоскій тарілці. Одночасно обробляють лист, який залишався затемненим весь час.

Частини, що піддавалися освітленню, забарвлюються в синій колір, інші мають жовте забарвлення.

Влітку можна видозмінити досвід - закрити на рослині кілька листків, надівши на них пакетики з чорного світлонепроникного паперу з відповідними вирізами; через дві - три доби, в кінці сонячного дня, зрізати листя, прокип'ятити їх спочатку у воді, а потім знебарвити спиртом і обробити розчином йоду в йодистому калії. Затемнені місця листя будуть світлими, а освітлені стануть чорними.

У деяких рослин (наприклад, у цибулі) первинним продуктом фотосинтезу є не крохмаль, а цукор, тому до них крохмальна проба не застосовується.

2. Записати результати спостережень.

Лабораторна робота №6

Одержання з листя спиртової витяжки пігментів
та їх поділ

Завдання:отримати спиртову витяжку пігментів, зробити їх поділ та ознайомитися з основними властивостями пігментів.

Матеріали та обладнання:ножиці, ступки з маточками, штативи з пробірками, посуд, спиртовки, водяні лазні, свіже або сухе листя (кропиви, аспідистри, плюща або інших рослин), етиловий спирт, бензин, 20%-й розчин NaОН (або КОН), суха крейда , пісок.

Порядок роботи

1. Помістити в чисту ступку подрібнене ножицями сухе листя, додати трохи крейди для нейтралізації кислот клітинного соку. Ретельно розтерти масу маточкою, приливаючи етиловий спирт (100 см 3), потім профільтрувати розчин.

Отримана витяжка хлорофілу має флюоресценцію: у світлі вона зелена, у відбитому світлі - вишнево-червона.

2. Розділити пігменти шляхом Крауса.

Для цього треба налити в пробірку 2-3 см 3 витяжки та додати полуторний об'єм бензину та 2-3 краплі води; потім потрібно струснути пробірку і почекати, коли стануть добре помітні два шари - вгорі бензиновий, внизу спиртовий. Якщо поділу не станеться, слід додати ще бензину та знову струсити пробірку.

У разі появи каламуті треба додати трохи спирту.

Так як бензин у спирті не розчиняється, він виявляється нагорі. Зелений колір верхнього шару говорить про те, що бензин перейшов хлорофіл. Крім нього, в бензині розчиняється і каротин. Внизу, у спирті, залишається ксантофіл. Нижній шар має жовтий колір.

Після відстоювання розчину утворюються два шари. В результаті омилення хлорофілу відбувається відщеплення спиртів та утворення натрієвої солі хлорофіліну, яка, на відміну від хлорофілу, не розчиняється у бензині.

Для кращого омилення пробірку з додаванням NaОН можна поставити у водяну баню з окропом і, як тільки розчин закипить, вийняти. Після цього доливають бензин. У бензиновий шар (верхній) перейдуть каротин і ксантофіл (колір буде жовтий), а спиртовий - натрієва сіль хлорофілової кислоти.

Лабораторна робота №7

Виявлення дихання рослин

Завдання:довести, що з диханні рослин виділяється СО 2 , замалювати прилад, який допомагає виявляти дихання виділення СО 2 , зробити підписи до рисунку.

Матеріали та обладнання: 2 скляні банки місткістю 300-400 мл, 2 гумові пробірки з отворами для лійки та трубки, 2 лійки, 2 вигнуті у вигляді літери «П» скляні трубки довжиною 18-20 см і діаметром 4-5 мм, 2 пробірки, хімічна склянка, розчин (ОН) 2 , проросле насіння пшениці, соняшника, кукурудзи, гороху та ін.

Порядок роботи

1. У скляну банку насипають 50 - 60 г насіння, що проросло, щільно закривають її пробкою, в яку вставлені вирва і вигнута скляна трубка і залишають на 1 - 1,5 ч. За цей час в результаті дихання насіння в банку накопичиться діоксид вуглецю. Він важчий за повітря, тому зосереджений у нижній частині банки і не потрапляє в атмосферу через лійку або трубку.

2. Одночасно беруть контрольну банку без насіння, також закривають її гумовою пробкою з лійкою та скляною трубкою та ставлять поруч із першою банкою.

3. Вільні кінці скляних трубок опускають у дві пробірки з баритової води. В обидві банки через лійки починають потроху наливати воду. Вода витісняє з банок повітря, збагачене 2 , який надходить в пробірки з розчином (ОН) 2 . В результаті баритова вода каламутніє.

4. Порівнюють ступінь помутніння (ОН) 2 в обох пробірках.

Лабораторна робота №8

Визначення інтенсивності дихання у чашках Конвею

Завдання:зробити досвід і визначити інтенсивність дихання досліджуваних об'єктів залежно від варіантів експерименту.

Матеріали та обладнання:чашки Конвею, вазелін, бюретки, штативи, фільтрувальний папір, ножиці, ваги, разноваги, реактиви: 0,1 н (ОН) 2 ; 0,1н HCl, фенолфталеїн, будь-які проростки та дорослі рослини або їх органи.

Порядок роботи

1. Чашки Конвею перед досвідом калібрують, вони повинні бути однакового обсягу для контрольного та досвідченого варіантів. Кожен варіант досвіду ставлять у трьох повторностях.

2. У зовнішнє коло чашки Конвею розкладають навішення рослинного матеріалу масою 0,5-1,0 г. У внутрішній циліндр наливають 1 або 2 мл 0,1 н (ОН) 2 .. Чашку герметично закривають притертою кришкою (так, щоб на кришці виявився прозорий контур шліфу чашки) і ставлять на 20 - 40 хв у темряву (для виключення фотосинтезу у зелених тканинах рослин). За час експозиції вуглекислий газ, що накопичився в об'ємі чашки Конвею, реагує з гідроксидом барію:

СО 2 + (ОН) 2 = СО 3 + Н 2 О.

Надлишок (ОН) 2 відтитрують 0,1н НС1 по фенолфталеїну до зникнення рожевого забарвлення.

3. Одночасно з дослідною ставлять контрольну чашку Конвею (без наважки). У неї наливають такий самий обсяг розчину 0,1н Ва(ОН) 2 , закривають притертою кришкою і залишають поруч із дослідною чашкою. Гідроксид барію в цій чашці реагує з вуглекислим газом, що спочатку знаходився в її об'ємі у складі повітря. Надлишок бариту відтитрують.

4. За різницею обсягів розчину соляної кислоти, що пішла на відтитрування надлишку (ОН) 2 в контрольній і дослідній чашках, обчислюють інтенсивність дихання (І. д.):

Мг СО 2 /(г∙год),

де V НС1к - обсяг 0,1н НС1, що пішов на титрування надлишку (ОН) 2 в контрольній чашці; V НС1оп - обсяг 0,1н НС1, що пішов на титрування надлишку (ОН) 2 в дослідній чашці; Р- маса навішування, г;

t - час, год; 2,2 - коефіцієнт перерахунку НС1 в СО 2 (1 мл 0,1 НС1 або Ва(ОН) 2 еквівалентний 2,2 мг 2).

Лабораторна робота №9

Значення різних елементів для рослин

Завдання:вивчити значення різних мінеральних елементів для зростання гриба аспергілу.

Матеріали та обладнання:ваги, термостат, ватяні пробки, фільтри, п'ять колб по 100 см 3 , пробірки, піпетка, дві склянки, лійка, мінеральні солі, сахароза, органічна кислота (лимонна), культура гриба аспергіла, вирощена на шматочках картоплі або хліба протягом 3- 4 дні.

Порядок роботи

1. Виростити гриб на поживних сумішах.

Встановлено, що аспергілл висуває до умов мінерального харчування приблизно такі самі вимоги, як вищі рослини. З мінеральних елементів гриб не потребує лише кальцію. Поживні суміші готують у колбах на 100 см 3 і становлять за певною схемою (табл. 1).

Нумерація колб відповідає нумерації варіантів досвіду. Унизу записують результати досвіду.

Таблиця 1

Схема складання поживних сумішей

Речовини	Концентрація	Кількість речовини (мл) у колбах
		№ 1 – повна суміш	№ 2 - без N	№ 3 – без Р	№ 4 - без До	№ 5 – без мінеральних речовин
Сахароза Лимонна кислота
Результати Маса міцелію, г

Лимонну кислоту додають для створення кислого середовища, сприятливого для аспергілу, але пригнічує розвиток інших мікроорганізмів.

2. У пробірку чи колбочку налити стерильну воду і помістити у ній міцелій гриба, взятий стерильною петлею, розмішати вміст обертанням між пальцями чи долонями.

Отриману суспензію внести стерильною піпеткою на всі колби.

Закрити колби ватними пробками та поставити в термостат при температурі 30-35 °С. Спостереження провести за тиждень.

Сутність досвіду полягає в тому, що, визначаючи масу міцелію гриба, вирощеного на різних поживних сумішах, можна дізнатися про його потребу в окремих елементах.

3. Провести зважування, для чого взяти дві чисті склянки, одну лійку і кілька однакових паперових фільтрів. Зважити одну склянку (№ 1) з лійкою та фільтром і записати масу. Потім поставити вирву в іншу склянку (№ 2), перенести на фільтр міцелій гриба з першої колби, промити водою і після стогнання води перенести вирву назад у склянку № 1. Знову провести зважування. Зрозуміло, що результат буде більшим, оскільки додався міцелій гриба.

Навчально-методичний посібник

... - Балашов: Миколаїв, 2007. – 48 с. ISBN 978-5-94035-300-3 В навчально-методичномупосібникувикладено методи... фізіологіїрослин: навч. допомога/ За ред. В. Б. Іванова. – Академія, 2001. – 144 с. Заніна, М. А. Фізіологіярослин: навч.-метод. допомога ...

Навчально-методичний комплекс

... Навчально-методичнийкомплекс Балашов... 'почуття', фізіологіявід грецьких... навчальнийпідстиль в навчальноїлітературі для навчальних методичнихпосібниках... і рослині... 2005 мати ...

ТЕОРІЯ ТА ПРАКТИКА НАУКОВОГО МОВЛЕННЯ Спецкурс для негуманітарних спеціальностей вузів Навчально-методичний комплекс Балашов – 2008

Навчально-методичний комплекс

... Навчально-методичнийкомплекс Балашов... 'почуття', фізіологіявід грецьких... навчальнийпідстиль в навчальноїлітературі для навчальнихзакладів різних типів, довідниках, методичнихпосібниках... і рослині... 2005 р). Ми раніше цього не робили, щоб мати ...

Навчально-методичний комплекс (219)

Навчально-методичний посібник

Засоби ( рослини, колекції... ниминавчальних ... фізіологією...Г.Ю. Перспективні шкільні технології: навчально-методичнедопомога/ Г.Ю. Ксьонзова. - М: ... 288 С. 6. Балашов, М. Дидактична гра... - № 22. - 2005 . Педагогіка: навч. допомога/ За ред. П. ...

Вступ 2

1.Основні факти про будову клітинної мембрани 3

2. Загальні уявлення про проникність 4

3. Перенесення молекул через мембрану 4

3.1. Дифузія 5

3.2 Рівняння Фіка 6

3.3 Пасивний транспорт 7

3.3.1 Відмінності полегшеної дифузії від 8

4. Закон Дарсі 8

5. Активний транспорт 9

6. Будова та функції іонних каналів 11

Висновок 15

Список литературы 17

ВСТУП

Мембранний транспорт – транспорт речовин крізь клітинну мембрану в клітину або з клітини, що здійснюється за допомогою різних механізмів – простої дифузії, полегшеної дифузії та активного транспорту.

Найважливіша властивість біологічної мембрани полягає в її здатності пропускати в клітину та з неї різні речовини. Це має велике значення для саморегуляції та підтримки постійного складу клітини. Така функція клітинної мембрани виконується завдяки вибірковій проникності, тобто. здатністю пропускати одні речовини та не пропускати інші. Найлегше проходять через ліпідний бислой неполярні молекули з малою молекулярною масою (кисень, азот, бензол). Досить швидко проникають крізь ліпідний бислой такі дрібні полярні молекули, як вуглекислий газ, оксид азоту, вода, сечовина. З помітною швидкістю проходять через ліпідний бислой етанол та гліцерин, а також стероїди та тиреоїдні гормони. Для великих полярних молекул (глюкоза, амінокислоти), і навіть для іонів ліпідний бислой практично непроникний, оскільки його внутрішня частина гидрофобна. Так, для води коефіцієнт проникності (см/с) становить близько 10-2, для гліцерину – 10-5, для глюкози – 10-7, а для одновалентних іонів – менше 10-10.

Перенесення великих полярних молекул та іонів відбувається завдяки білкам-каналам або білкам-переносникам. Так, у мембранах клітин існують канали для іонів натрію, калію та хлору, у мембранах багатьох клітин – водні канали аквапорини, а також білки-переносники для глюкози, різних груп амінокислот та багатьох іонів. Активний та пасивний транспорт.

Мембрани формують структуру клітини та здійснюють її функції. Порушення функцій клітинної та внутрішньоклітинної мембран лежить в основі незворотного пошкодження клітин і, як наслідок, розвиток тяжких захворювань серцево-судинної, нервової, ендокринної системи.

1. Основні факти про будову клітинної мембрани.

До клітинних мембран відносяться плазмолема, каріолема, мембрани мітохондрій, ЕПС, апарату Гольджі, лізосом, пероксисом. Загальною рисою всіх мембран клітини є те, що вони є тонкими (6-10 нм) пластами ліпопротеїнової природи (ліпіди в комплексі з білками). Основними хімічними компонентами клітинних мембран є ліпіди (40%) та білки (60%); крім того, у багатьох мембранах виявлено вуглеводи (5-10%).

Плазматична мембрана оточує кожну клітину, визначає її розмір і забезпечує збереження відмінностей між вмістом клітини та зовнішнім середовищем. Мембрана служить високовиборчим фільтром і відповідає за активний транспорт речовин, тобто надходження в клітину поживних речовин та виведення назовні шкідливих продуктів життєдіяльності. Нарешті, мембрана відповідальна за сприйняття зовнішніх сигналів дозволяє клітині реагувати на зовнішні зміни. Всі біологічні мембрани є ансамблами ліпідних і білкових молекул, що утримуються разом за допомогою нековалентних взаємодій.

Основу будь-якої молекулярної мембрани становлять молекули ліпідів, що утворюють бислой. До ліпідів відноситься велика група органічних речовин, що мають погану розчинність у воді (гідрофобність) і хорошу розчинність в органічних розчинниках і жирах (ліпофільність). Склад ліпідів у різних мембранах неоднаковий. Наприклад, плазматична мембрана, на відміну від мембран ендоплазматичної мережі та мітохондрій збагачена холестерином. Характерними представниками ліпідів, що зустрічаються в клітинних мембранах, є фосфоліпіди (гліцерофосфатиди), сфінгомієліни та зі стероїдних ліпідів – холестерин.

Особливістю ліпідів є поділ їх молекул на дві функціонально різні частини: гідрофобні неполярні, що не несуть зарядів («хвости»), що складаються з жирних кислот, та гідрофільні, заряджені полярні «головки». Це визначає здатність ліпідів спонтанно утворювати двошарові (біліпідні) мембранні структури товщиною 5-7 нм.

Перші досліди, що підтверджують це, було проведено 1925 року.

Формування бислоя є особливою властивістю молекул ліпідів і реалізується навіть поза клітиною. Найважливіші властивості бислоя: здатність до самоскладання – плинність – асиметричність.

2. Загальні уявлення про проникність.

Характеристика мембран, стінок судин та епітеліальних клітин, що відображає здатність проводити хімічні речовини; розрізняють активну (активний транспорт речовин) та пасивну П. (фагоцитоз І піноцитоз ); пасивна та (у ряді випадків) активна П. (великих молекул) забезпечуються мембранними порами, П. для низькомолекулярних речовин (наприклад, іонів) забезпечується специфічними мембранними структурами за участю молекул-переносників.

3. Перенесення молекул через мембрану.

Так як внутрішня частина ліпідного шару гідрофобна, він є практично непроникним бар'єром для більшості полярних молекул. Внаслідок наявності цього бар'єру запобігається витік вмісту клітин, проте через це клітина була змушена створити спеціальні механізми для транспортування розчинних у воді речовин через мембрану. Перенесення малих водорозчинних молекул здійснюється з допомогою спеціальних транспортних білків. Це особливі трансмембранні білки, кожен з яких відповідає за транспортування певних молекул або груп споріднених молекул.

У клітинах існують механізми перенесення через мембрану макромолекул (білків) і навіть великих частинок. Процес поглинання макромолекул клітиною називається ендоцитоз. У загальних рисах механізм його протікання такий: локальні ділянки плазматичної мембрани вп'ячуються і замикаються, утворюючи ендоцитозний пляшечку, потім поглинена частка зазвичай потрапляє в лізосоми і піддається деградації.

3.1 Дифузія (лат. diffusio – поширення, розтікання, розсіювання) – процес перенесення матерії або енергії з області з високою концентрацією в область з низькою концентрацією (проти градієнта концентрації). Найвідомішим прикладом дифузії є перемішування газів або рідин (якщо у воду капнути чорнило, то рідина через деякий час стане рівномірно забарвленою). Інший приклад пов'язаний з твердим тілом: якщо один кінець стрижня нагріти або електрично зарядити, поширюється тепло (або електричний струм) від гарячої (зарядженої) частини до холодної (незарядженої) частини. У разі металевого стрижня теплова дифузія розвивається швидко, а струм протікає майже миттєво. Якщо стрижень виготовлений із синтетичного матеріалу, теплова дифузія протікає повільно, а дифузія електрично заряджених часток дуже повільно. Дифузія молекул протікає загалом ще повільніше. Наприклад, якщо шматочок цукру опустити на дно склянки з водою і воду не перемішувати, пройде кілька тижнів, перш ніж розчин стане однорідним. Ще повільніше відбувається дифузія однієї твердої речовини до іншої. Наприклад, якщо мідь покрити золотом, то відбуватиметься дифузія золота в мідь, але за нормальних умов (кімнатна температура та атмосферний тиск) золотовмісний шар досягне товщини в кілька мікрометрів лише через кілька тисяч років.

Усі види дифузії підпорядковуються однаковим законам. Швидкість дифузії пропорційна площі поперечного перерізу зразка, і навіть різниці концентрацій, температур чи зарядів (у разі щодо невеликих величин цих параметрів). Так, тепло в чотири рази швидше поширюватиметься через стрижень діаметром у два сантиметри, ніж через стрижень діаметром один сантиметр. Це тепло поширюватиметься швидше, якщо перепад температур на одному сантиметрі буде 10 °C замість 5 °C. Швидкість дифузії пропорційна також параметра, що характеризує конкретний матеріал. У разі теплової дифузії цей параметр називається теплопровідністю, у разі потоку електричних зарядів - електропровідністю. Кількість речовини, що дифундує протягом певного часу, і відстань, що проходить дифузною речовиною, пропорційні квадратному кореню часу дифузії.

Дифузія є процесом на молекулярному рівні і визначається випадковим характером руху окремих молекул. Швидкість дифузії у зв'язку з цим пропорційна середній швидкості молекул. У разі газів середня швидкість малих молекул більша, а саме вона обернено пропорційна квадратному кореню з маси молекули і зростає з підвищенням температури. Дифузійні процеси в твердих тілах за високих температур часто знаходять практичне застосування. Наприклад, у певних типах електронно-променевих трубок (ЕЛТ) застосовується металевий торій, що продифундував через металевий вольфрам при 2000 °C.

3.2 Рівняння Фіка

У більшості практичних випадків замість хімічного потенціалу застосовується концентрація C. Пряма заміна µ на ​​C стає некоректною у разі великих концентрацій, оскільки хімічний потенціал пов'язаний із концентрацією за логарифмічним законом. Якщо не розглядати такі випадки, то вище наведену формулу можна замінити на таку:

яка показує, що щільність потоку речовини J пропорційна коефіцієнту дифузії D і концентрації градієнту. Це рівняння висловлює перший закон Фіка (Адольф Фік - німецький фізіолог, який встановив закони дифузії 1855 р.). Другий закон Фіка пов'язує просторове та тимчасове зміни концентрації (рівняння дифузії):

Коефіцієнт дифузії D залежить від температури. У ряді випадків у широкому інтервалі температур ця залежність є рівнянням Арреніуса.

Процеси дифузії мають велике значення у природі:

Харчування, дихання тварин та рослин;

Проникнення кисню з крові у тканини людини.

3.3 Пасивний транспорт

Пасивний транспорт – це перенесення речовин із місць із великим значенням електрохімічного потенціалу до місць із його меншим значенням.

При дослідах зі штучними ліпідними бислоями було встановлено, що менше молекула і що менше вона утворює водневих зв'язків, то швидше вона дифундирует через мембрану. Отже, чим менше молекула і чим більше вона жиророзчинна (гідрофобна або неполярна), тим швидше вона проникатиме через мембрану. Дифузія речовин через ліпідний бішар викликається градієнтом концентрації в мембрані. Через ліпідні та білкові пори крізь мембрану проникають молекули нерозчинних у ліпідах речовин та водорозчинні гідратовані іони (оточені молекулами води). Малі неполярні молекули легко розчиняються і швидко дифундують. Незаряджені полярні молекули при невеликих розмірах також розчинні та дифундують.

Важливо, що вода дуже швидко проникає через ліпідний бислой, незважаючи на те, що вона відносно нерозчинна в жирах. Це відбувається через те, що її молекула мала і електрично нейтральна.

Осмос – переважний рух молекул води через напівпроникні мембрани (непроникні для розчиненої речовини та проникні для води) з місць із меншою концентрацією розчиненої речовини у місця з більшою концентрацією. Осмос – по суті, проста дифузія води з місць з її більшою концентрацією, місця з меншою концентрацією води. Осмос грає велику роль багатьох біологічних явищах. Явище осмосу зумовлює гемоліз еритроцитів у гіпотонічних розчинах.

Отже, мембрани можуть пропускати воду та неполярні молекули за рахунок простої дифузії.

3.3.1 Відмінності полегшеної дифузії від простої:

1) перенесення речовини за участю переносника відбувається значно швидше;

2) полегшена дифузія має властивість насичення: при збільшенні концентрації з одного боку мембрани щільність потоку речовини зростає лише до певної межі, коли всі молекули переносника вже зайняті;

3) при полегшеній дифузії спостерігається конкуренція речовин, що переносяться в тих випадках, коли переносником переносяться різні речовини; при цьому одні речовини переносяться краще за інші, і додавання одних речовин ускладнює транспорт інших; так з цукрів глюкоза переноситься краще, ніж фруктоза, фруктоза краще, ніж ксилоза, а ксилоза краще, ніж арабінозу і. т. д.;

4) є речовини, що блокують полегшену дифузію – вони утворюють міцний комплекс із молекулами переносника, наприклад, флоридин пригнічує транспорт цукрів через біологічну мембрану.

4. Закон Дарсі

Закон Дарсі (Анрі Дарсі, 1856) - закон фільтрації рідин та газів у пористому середовищі. Отримано експериментально. Виражає залежність швидкості фільтрації флюїду від градієнта напору:

де: - Швидкість фільтрації, K - коефіцієнт фільтрації, - градієнт напору. Закон Дарсі пов'язаний із кількома системами вимірів. Середовище з проникністю 1 Дарсі (Д) дозволяє протікати 1 см³/с рідини або газу з в'язкістю 1 сп (мПа·с) під градієнтом тиску 1 атм/см, що діє на площу 1 см². 1 мілідарсі (мД) дорівнює 0,001 Дарсі.

У системі виміру СІ, 1 Дарсі еквівалентний 9,869233×10−13м² або 0,9869233 мкм². Таке перетворення зазвичай апроксимується як 1 мкм2. Слід зазначити, що це число, зворотне до 1,013250 – коефіцієнт перетворення з атмосфер у бари.

Транспорт крізь ліпідний бислой (проста дифузія) та транспорт за участю мембранних білків

5. Активний транспорт

Інші білки-переносники (їх іноді називають білки-насоси) переносять через мембрану речовини із витратами енергії, яка зазвичай постачається при гідролізі АТФ. Цей вид транспорту здійснюється проти градієнта концентрації речовини, що переноситься, і називається активним транспортом.

Сімпорт, антипорт та уніпорт

Мембранний транспорт речовин відрізняється також за напрямом їх переміщення і кількістю переносимих речовин, що переносяться даним переносником речовин:

1) Уніпорт – транспорт однієї речовини в одному напрямку залежно від градієнта

2) Сімпорт – транспорт двох речовин в одному напрямку через один переносник.

3) Антипорт – переміщення двох речовин у різних напрямках через один переносник.

Уніпорт здійснює, наприклад, потенціал-залежний натрієвий канал, через який клітину під час генерації потенціалу дії переміщуються іони натрію.

Симпорт здійснює переносник глюкози, розташований на зовнішній (наверненій у просвіт кишечника) боці клітин кишкового епітелію. Цей білок захоплює одночасно молекулу глюкози та іон натрію і, змінюючи конформацію, переносить обидві речовини всередину клітини. При цьому використовується енергія електрохімічного градієнта, який, у свою чергу, створюється за рахунок гідролізу АТФ натрій-калієвої АТФ-азою.

Антипорт здійснює, наприклад, натрій-калієва АТФаза (або натрій-залежна АТФаза). Вона переносить у клітину іони калію. а з клітини – іони натрію.

Робота натрій-калієвої АТФази як приклад антипорту та активного транспорту

Спочатку цей переносник приєднує з внутрішньої сторони мембрани три іони Na+. Ці іони змінюють конформацію активного центру АТФази. Після такої активації АТФаза здатна гідролізувати одну молекулу АТФ, причому фосфат-іон фіксується на поверхні переносника з внутрішньої сторони мембрани.

Енергія, що виділилася витрачається на зміну конформації АТФази, після чого три іони Na ​​+ і іон (фосфат) виявляються на зовнішній стороні мембрани. Тут іони Na+ відщеплюються, а заміщається на два іони K+. Потім конформація переносника змінюється на початкову, і іони K+ виявляються на внутрішній стороні мембрани. Тут іони K+ відщеплюються, і переносник знову готовий до роботи.

Коротше дії АТФази можна описати так:

1) Вона зсередини клітини «забирає» три іони Na+, потім розщеплює молекулу АТФ та приєднує до себе фосфат

2) «Викидає» іони Na+ та приєднує два іони K+ із зовнішнього середовища.

3) Від'єднує фосфат, два іони K+ викидає всередину клітини

У результаті позаклітинної середовищі створюється висока концентрація іонів Na +, а всередині клітини - висока концентрація K +. Робота Na+, K+ - АТФаза створює не тільки різницю концентрацій, але й різницю зарядів (вона працює як електрогенний насос). На зовнішній стороні мембрани створюється позитивний заряд, на внутрішній – негативний.

6. Будова та функції іонних каналів.

Модель збудливої ​​мембрани передбачає регульоване перенесення іонів калію та натрію через мембрану. Однак, безпосередній перехід іона через ліпідний бішар дуже утруднений, тому щільність потоку іонів була б дуже мала, якби іон проходив безпосередньо через ліпідну фазу мембрани. Це та низка інших міркувань дали підставу вважати, що в мембрані мають бути деякі спеціальні структури – провідні іони.

Такі структури було знайдено та названо іонними каналами. Подібні канали виділені з різних об'єктів: плазматичної мембрани клітин, постсинаптичної мембрани м'язових клітин та інших об'єктів. Відомі також іонні канали, утворені антибіотиками.

Основні властивості іонних каналів:

1) селективність;

2) незалежність роботи окремих каналів;

3) дискретний характер провідності;

4) залежність властивостей каналів від мембранного потенціалу.

Розглянемо їх у порядку.

1. Селективністю називають здатність іонних каналів вибірково пропускати іони будь-якого одного типу.

Ще в перших дослідах на аксоні кальмару було виявлено, що іони натрію та калію по-різному впливають на мембранний потенціал. Іони калію змінюють потенціал спокою, а іони натрію – потенціал дії.

Вимірювання показали, що іонні канали мають абсолютну селективність по відношенню до катіонів (катіон-селективні канали), або до аніонів (аніон-селективні канали). У той же час через катіон-селективні канали здатні проходити різні катіони різних хімічних елементів, але провідність мембрани для неосновного іона, а значить і струм через неї, буде істотно нижчою, наприклад, для натрієвого каналу калієвий струм через нього буде в 20 разів менше. Здатність іонного каналу пропускати різні іони називається відносною селективністю і характеризується рядом селективності - співвідношенням провідностей каналу різних іонів, взятих за однієї концентрації.

2. Незалежність роботи окремих каналів. Проходження струму через окремий іонний канал не залежить від того, чи йде струм через інші канали. Наприклад, калієві канали можуть бути увімкнені або вимкнені, але струм через натрієві канали не змінюється. Вплив каналів один на одного відбувається опосередковано: зміна проникності будь-яких каналів (наприклад натрієвих) змінює мембранний потенціал, а він впливає на провідності інших іонних каналів.

3. Дискретний характер провідності іонних каналів. Іонні канали є субодиничний комплекс білків, що пронизує мембрану. У центрі його є трубка, крізь яку можуть проходити іони.

Кількість іонних каналів на 1 мкм поверхні мембрани визначали за допомогою радіоактивно-міченого блокатора натрієвих каналів - тетродотоксин. Відомо, що одна молекула ТТХ зв'язується лише з одним каналом. Тоді вимірювання радіоактивності зразка з відомою площею дозволило показати, що 1 мкм аксона кальмара знаходиться близько 500 натрієвих каналів. Вперше це було виявлено в 1962 р. у дослідженнях провідності бислойных ліпідних мембран (БЛМ) при додаванні в розчин, що омиває мембрану, мікрокількості деякої речовини, що індукувало збудження. На БЛМ подавали постійну напругу та реєстрували струм. Запис струму в часі мав вигляд стрибків між двома провідними станами.

Результати експериментів виконаних різних іонних каналах показали, що провідність іонного каналу дискретна і може перебувати у двох станах: відкритому чи закритому. Викиди струму обумовлені одночасним відкриттям 2-х чи 3-х каналів. Переходи між станами іонного каналу відбуваються у довільні моменти часу і підпорядковуються статистичним закономірностям. Не можна сказати, що цей іонний канал відкриється саме в цей час. Можна лише зробити твердження про можливість відкривання каналу у певному інтервалі часу.

Іонні канали описують характерними часами життя відкритого та закритого станів.

4. Залежність властивостей каналу від мембранного потенціалу. Іонні канали нервових волокон чутливі до мембранного потенціалу, наприклад, натрієвий і калієвий канали аксона кальмара. Це проявляється в тому, що після початку деполяризації мембрани відповідні струми починають змінюватись з тією чи іншою кінетикою. Мовою «іонних каналів» цей процес відбувається так. Іон-селективний канал має так званий

"Сенсор" - деякий елемент своєї конструкції, чутливий до дії електричного поля (див. малюнок). При зміні мембранного потенціалу змінюється величина сили, що діє на нього, в результаті ця частина іонного каналу переміщається і змінює ймовірність відкривання або закривання «воріт» – своєрідних заслінок, що діють за законом «все або нічого».

Структура іонного каналу

Іон-селективний канал складається з наступних частин, зануреної в бислой білкової частини, що має субодиничну будову; селективного фільтра, утвореного негативно зарядженими атомами кисню, які жорстко розташовані на певній відстані один від одного та пропускають іони тільки певного діаметра; комірної частини.

«Ворота» іонного каналу управляються мембранним потенціалом і можуть бути як у закритому стані (штрихова лінія), так і у відкритому стані (суцільна лінія). Нормальне положення воріт натрієвого каналу закрите. Під дією електричного поля збільшується ймовірність відкритого стану, ворота відкриваються і потік іонів гідратованих отримує можливість проходити крізь селективний фільтр.

Якщо іон «підходить» по діаметру, він скидає гідратну оболонку і проскакує в інший бік іонного каналу. Якщо ж іон занадто великий по діаметру, як, наприклад, тетраетиламмоній, він не в змозі пролізти крізь фільтр і не може перетнути мембрану. Якщо ж, навпаки, іон занадто малий, то у нього виникають складності у селективному фільтрі, цього разу пов'язані з трудом скинути його гідратну оболонку. У «відповідного» іона скинута вода заміщається на зв'язку з атомами кисню, розташованими у фільтрі, у «невідповідного» іона стерична відповідність гірша. Тому йому важче пройти через фільтр та провідність каналу для нього нижче.

Блокатори іонних каналів або можуть пройти крізь нього, застряючи у фільтрі, або, якщо це великі молекули як ТТХ, вони стерично відповідають якомусь входу в канал. Оскільки блокатори несуть позитивний заряд, їхня заряджена частина втягується в канал до селективного фільтра як звичайний катіон, а макромолекула закупорює його.

Таким чином, зміни електричних властивостей збудливих біомембран здійснюється за допомогою іонних каналів. Це білкові макромолекули, що пронизують ліпідний бішар, які можуть перебувати в кількох дискретних станах. Властивості каналів, селективних для іонів калію, натрію та кальцію можуть по-різному залежати від мембранного потенціалу, що визначає динаміку потенціалу дії в мембрані, а також відмінності таких потенціалів у мембранах різних клітин.

Висновок

Будь-яка молекула може пройти через ліпідний бислой, проте швидкість пасивної дифузії речовин, тобто. переходу речовини з області з більшою концентрацією в область з меншою може сильно відрізнятися. Для деяких молекул це займає настільки тривалий час, що можна говорити про їхню практичну непроникність для ліпідного бислоя мембрани. Швидкість дифузії речовин через мембрану залежить головним чином розміру молекул та його відносної розчинності в жирах.

Найлегше проходять простою дифузією через ліпідну мембрану малі неполярні молекули, такі як О2, стероїди, тиреоїдні гормони, а також жирні кислоти. Малі полярні незаряджені молекули – СО2, NH3, Н2О, етанол, сечовина – також дифундують із досить великою швидкістю. Дифузія гліцеролу йде значно повільніше, а глюкоза практично не здатна самостійно пройти через мембрану. Для всіх заряджених молекул незалежно від розміру ліпідна мембрана непроникна.

Транспорт таких молекул можливий завдяки наявності в мембранах або білків, що формують у ліпідному шарі канали (пори), заповнені водою, через які можуть проходити речовини певного розміру простою дифузією, або специфічних білків-переносників, які вибірково взаємодіючи з певними лігандами, полегшують їх мембрану (полегшена дифузія).

Крім пасивного транспорту речовин, у клітинах є білки, активно перекачують певні розчинені у питній воді речовини проти їх градієнта, тобто. із меншої концентрації в область більшої. Цей процес, званий активним транспортом, здійснюється завжди за допомогою білків-переносників та відбувається з витратою енергії.

Зовнішня частина каналу порівняно доступна вивчення, вивчення внутрішньої частини становить значні труднощі. П. Г. Костюком було розроблено метод внутрішньоклітинного діалізу, який дозволяє вивчати функцію вхідних та вихідних структур іонних каналів без застосування мікроелектродів. Виявилося, що частина іонного каналу, відкрита у позаклітинний простір, за своїми функціональними властивостями відрізняється від частини каналу, зверненої у внутрішньоклітинне середовище.

Саме іонні канали забезпечують дві важливі властивості мембрани: селективність та провідність.

Селективність або вибірковість каналу забезпечується його особливою білковою структурою. Більшість каналів є електрокерованими, тобто їхня здатність проводити іони залежить від величини мембранного потенціалу. Канал неоднорідний за своїми функціональними характеристиками, особливо це стосується білкових структур, що знаходяться біля входу в канал і його виходу (так звані воротні механізми).

Рівняння Фіка

Знак «–» показує, що сумарна густина потоку речовини при дифузії спрямована у бік зменшення густини, D –коефіцієнт дифузії. Формула показує, що щільність потоку речовини J пропорційна коефіцієнту дифузії D і концентрації градієнту. Це рівняння висловлює перший закон Фіка (Адольф Фік - німецький фізіолог, який встановив закони дифузії 1855 р.).

Іон-селективний канал складається з наступних частин, зануреної в бислой білкової частини, що має субодиничну будову; селективного фільтра, утвореного негативно зарядженими атомами кисню, які жорстко розташовані на певній відстані один від одного та пропускають іони тільки певного діаметра; комірної частини. Саме іонні канали забезпечують дві важливі властивості мембрани: селективність та провідність. Кальцієві канали грають істотну роль клітинах серця.

Список літератури

2. Ю. І. Афанасьєв, Н. А. Юрина, Є. Ф. Котовський та ін. Гістологія. М.

4. Філіпович Ю.Б. Основи біохімії. М., Вища школа, 1985. Дифузія

5. Баснієв К. С., Кочина Н. І., Максимов М. В. Підземна гідромеханіка. // М: Надра, 1993, с. 41-43

6. Генніс Р. Біомембрани. Молекулярна структура та функції. М., Світ, 1997