Kolokwium nr 1
Opracowanie zagadnień:
1. Potencjał spoczynkowy błony komórkowej – ujemny potencjał elektryczny występujący pomiędzy wnętrzem komórek tkanek pobudliwych a płynem zewnątrzkomórkowym.
Wewnątrz komórek występują aniony org. nie przechodzące przez błonę kom. Przewaga ładunków ujemnych anionów do kationów w płynie wewnątrzkomórkowym jest przyczyną występowania ujemnego potencjału spoczynkowego kom.
2. Rodzaje transportu błonowego:
a. Transport bierny – transport cząsteczek przez → błonę plazmatyczną ze stężenia większego do mniejszego, nie wymagający energii metabolicznej; t. b. zachodzący na drodze prostej dyfuzji nie wymaga obecności błonowych białek przenoszących, a szybkość przemieszczania cząsteczek jest wprost proporcjonalna do gradientu ich stężenia w poprzek błony; t. b. na drodze dyfuzji ułatwionej wymaga obecności przenoszących białek błonowych.
b. Transport aktywny - rodzaj przenikania związków chemicznych przez błony komórkowe, który zachodzi z udziałem pewnych mechanizmów transportujących lub substancji przenośnikowych, ze środowiska o mniejszym stężeniu do środowiska o stężeniu większym, czyli wbrew gradientowi elektrochemicznemu. Taki transport wymaga dostarczenia energii chemicznej lub zmniejszenia entalpii swobodnej układu. Ich źródłami są odpowiednio:
- hydroliza cząsteczki ATP (dla transportu aktywnego pierwotnego)
- sprzężenie z transportem innego związku zgodnie z gradientem stężenia (dla transportu aktywnego wtórnego)
Przykładem mechanizmu transportującego (I rodzaju) jest pompa sodowo-potasowa. Utrzymanie wewnątrz komórek dużego stężenia jonów K+ i małego Na+ wymaga aktywnego transportu obu tych kationów przez bł. kom. przeciwko gradientowi stężeń. Kationy sodowe napływające do wnętrza komórki przez kanały dla prądów jonów sodowych zostają po str wewnętrznej bł. kom. związane z enzymem. Znajduje się on w samej bł. kom. i transportuje jony Na* na zewnątrz błony. Jednocześnie ten sam enzym zabiera ze sobą jony K+ z zewnętrznej powierzchni bł. kom. i transportuje je do wnętrza komórki. Enzym ten czerpie energie z hydrolizy ATP.
Napęd tej pompy związany jest z metabolizmem wewnątrzkomórkowym.
Optymalna praca pompy sodowo-potasowej i związana z tym optymalna pobudliwość wymaga:
I. Stałego dopływu tlenu i subst. energetycznych(glukoza)
II. Stałej resyntezy ATP
III. Stałego odprowadzania z kom. ostatecznego produktu rozpadu CO2
IV. Odpowiedniego stosunku Na+ do K+
V. Odpowiedniej temp. dla procesów enzymatycznych, 37°C
3. Wpływ stężenia jonów potasu w środowisku zewnątrzkomórkowym na wartość spoczynkowego potencjału błonowego.
Z rozważań dotyczących potencjału spoczynkowego wynika, że aby doszło do zmiany potencjału błonowego to musi przez błonę popłynąć niezrównoważony prąd jonowy. Biorąc pod uwagę przebieg zmian potencjału błony jest jasne, że kształtujące go prądy jonowe muszą zmieniać się w czasie. W fazie depolaryzacji wzrost potencjału błony jest związany z napływem do wnętrza komórki dodatnich jonów (w komórce nerwowej są to jony sodowe). W czasie repolaryzacji ustaje dokomórkowy prąd sodowy, wzrasta natomiast odkomórkowy prąd potasowy. Wypływ ładunków dodatnich powoduje zmniejszanie się potencjału błony. Prąd potasowy płynie również wówczas, gdy potencjał błony osiąga wartość potencjału spoczynkowego - powoduje to, że komórka wchodzi w fazę hiperpolaryzacji. Dopiero gdy ustanie prąd potasowy potencjał błony powraca do wartości spoczynkowej. Przebieg zmian prądów: sodowego i potasowego w trakcie potencjału czynnościowego przedstawiony jest na rysunku obok. Jak wynika ze wzoru (2) na chwilowe wartości prądów płynących przez błonę komórkową mają wpływ dwa czynniki: chwilowa przepuszczalność błony dla danego typu jonów oraz aktualna wartość potencjału błonowego.
Potencjał równowagi dla jonów (dyfuzyjny) jest wyznaczony przez stosunek stężenia tego jonu w przestrzeni zewnątrzkomórkowej [X]z do stężenia wewnątrz komórki [X]w. Jest to potencjal elektryczny, który równoważy siłę dyfuzji danego jonu przez bł. kom.
Wartość potencjału równowagi dla danego jonu można wyrazić jako siłę elektromotoryczną ogniwa stężeniowego zbudowanego z elektrod tego samego rodzaju, specyficznych dla danego jonu, z których jedna umieszczona jest w przestrzeni pozakomórkowej (I), a druga we wnętrzu (II). Potencjał elektrod obliczamy z równania Nernsta, które po przekształceniu daje równanie:
VNa=RT/zF ln(c1/c2) gdzie R oznacza stałą gazową, T - temperaturę, z - wartościowość jonu, zaś F - stałą Faraday'a.Występowanie potencjału równowagi (Vr) musi być brane pod uwagę, gdy rozważamy przepływ prądu w układzie z błoną selektywną. Potencjał Nernsta pełni bowiem w takim układzie rolę dodatkowej siły elektromotorycznej.
4. Pojęcia: pobudliwość, pobudzenie, hamowanie
Pobudzenie jest to zmiana właściwości błony komórkowej lub metabolizmu komórkowego pod wpływem czynników działających z zewnątrz komórki, czyli pod wpływem bodźców. W warunkach fizjologicznych bodźcami działającymi na przeważającą liczbę komórek w organizmie są substancje chemiczne. Komórki tworzące w organizmie narządy odbiorcze, czyli receptory, odbierają również bodźce fizyczne w różnej postaci np. energia cieplna, energia mechaniczna. Każdy bodziec fizyczny lub chemiczny, działający w dostatecznie dużym natężeniu na komórkę , może wywołać ich pobudzenie. Bodźce fizjologiczne są to takie bodźce, które nie uszkadzają komórki i wywołują całkowicie odwracalne procesy.
Pobudliwość jest to zdolność reagowania na bodziec. Do pobudliwych tkanek zalicza się te które szybko odpowiadają na bodźce. Substancje chemiczne występujące w płynie zewnątrzkomórkowym, wiążą się z receptorami w błonie komórkowej, otwierają kanały dla prądów jonowych lub aktywują enzymy w niej zawarte. Komórki jednych tkanek reagują szybko na bodziec, w ułamkach sekundy, otwieraniem się kanałów jonowych , natomiast zmiana metabolizmu w innych tkankach wymaga dłuższego czasu. Z tego względu do pobudliwych zalicza się te tkanki, które szybko odpowiadają na bodźce. Są to tkanki zbudowane z komórek nerwowych i ich wypustek oraz z komórek mięśniowych: mięsni poprzecznie prążkowanych, mięśni gładkich i mięśnia sercowego.
5. Postsynaptyczny potencjał pobudzający
Z zakończeń aksonów w obrębie synapsy wydzielają się przekaźniki chemiczne, czyli transmittery, które zmieniają właściwości błony postsynaptycznej.Pod wpływem cząsteczek transmittera, który pośredniczy w przewodzeniu przez synapsę impulsów pobudzających, jony Na+ wnikają do wnętrza neuronu odbierającego impuls nerwowy. Tej wędrówce jonów Na+ przez błonę postsynaptyczną towarzyszy zmniejszenie spoczynkowego potencjału ujemnego wewnątrz komórki w stosunku do potencjału zerowego panującego na zewnątrz komórki. Zmniejszenie się ujemnego potencjału wewnątrzkomórkowego przyjęto nazywać postsynaptycznym potencjałem pobudzającym, synapsy wywołujące depolaryzację błony komórkowej zaś noszą nazwę synaps pobudzających.
6. Minimalny bodziec, który wywoła depolaryzację błony i może spowodować powstanie potencjału czynnościowego, nosi nazwę bodźca progowego.
Depolaryzacja błony spowodowana jest przez:
· otwarcie się kanałów i wędrówkę jonów Na+ do wnętrza komórki, a jonów K+ na zewnątrz komórki,
· zmniejszenie różnicy potencjałów, zniesienie ujemnego ładunku cytoplazmy neuronu, a nawet jego odwrócenie.
W czasie depolaryzacji błony komórka nerwowa jest niepobudliwa, stan ten określa się jako stan refrakcji. Po przejściu fali depolaryzacji:
· kanały jonowe zamykają się,
· przywrócone zostaje działanie pompy sodowo-potasowej,
· następuje ponowne spolaryzowanie błony – repolaryzacja błony.
7. Transmitery pobudzające
Należą tu transmitery depolaryzujące bł. postsynaptyczną. Po ich związaniu się z receptorem dochodzi do tzw. aktywacji sodowej – otwierają się w kanały dla dokomórkowego prądu jonów sodowych.
Do transmitterów chemicznych pobudzających zalicza się acetylocholinę, aminy(dopamina, noradrenalina, serotonina), adenozynę oraz aminokwasy pobudzające(sole kwasu asparaginowego i glutaminowego).
a. Acetylocholina – jej cząsteczki uwolnione z pęcherzyków synaptycznych do przestrzeni synaptycznej w wyniku egzocytozy wiążą się z receptorem cholinergicznym w bł. postsynaptycznej i otwierają się kanały dokomórkowego prądu jonów Na+
b. Dopamina i noradrenalina – działa poprzez 5 receptorów od D 1 do D5
c. Serotonina
d. Aminokwasy pobudzające – działają na neurony postsynaptyczne za pośrednictwem receptorów metabolitotropowych i receptorów jonotropowych.
Trzy czwarte transmisji pobudzającej w mózgowiu stanowi transmisja za pośrednictwem aminokwasów pobudzających. Mają one działanie nie tylko jako przekaźniki synaptyczne, ale wykazują również wpływ cytotoksyczny na neurony. W czasie ostrego niedotlenienia całego mózgowia lub jego poszczególnych struktur są one uwalniane z neuronów i wykazują działanie niszczące, cytotoksyczne.Do transmitterów synaptycznych zalicza się tlenek azotu – NO, który spełnia również inne funkcje w organizmie. Tlenek azotu uwalniany z błony postsynaptycznej działa na błonę presynatyczną jako wsteczny przekaźnik, ułatwiający uwalnianie innego transmittera do przestrzeni synaptycznej
8. Hiperpolaryzacja - stan nadmiernej polaryzacji błony komórkowej w następstwie zwiększenia elektroujemności wewnątrz komórki; trwa stosunkowo krótko. Błona komórkowa osiąga wtedy potencjał ok. -80 mV. Podczas hiperpolaryzacji komórka nie jest zdolna do przewodzenia impulsu, przekazywania informacji.
9. ...
kolo205