Мембранні білки як іонні канали

Іонні канали - інтегральні білки, які забезпечують пасивний транспорт іонів за градієнтом концентрації. Енергією для транспорту служить різниця концентрація іонів по обидві сторони мембрани (трансмембранний іонний градієнт).

Неселективні канали мають такі властивості:

· Пропускають всі типи іонів, але проникність для іонів K + значно вище, ніж для інших іонів;

завжди знаходяться у відкритому стані.

Селективні канали мають такі властивості:

· Пропускають тільки один вид іонів; для кожного виду іонів існує свій вид каналів;

можуть перебувати в одному з 3 станів: закритому, активованому, інактивована.

Виборча проникність селективного каналу забезпечується селективним фільтром, який утворений кільцем з негативно заряджених атомів кисню, яке знаходиться в найвужчому місці каналу.

Зміна стану каналу забезпечується работойворотного механізму, який представлений двома білковими молекулами. Ці білкові молекули, т.зв. активаційні ворота і інатіваціонние ворота, змінюючи свою конформацію можуть перекривати іонний канал.

У стані спокою активаційні ворота закриті, інактіваціонние ворота відкриті (канал закритий) (рис. 2.3). При дії на ворітну систему сигналу активаційні ворота відкриваються і починається транспорт іонів через канал (канал активований). При значній деполяризаціїмембрани клітини інактіваціонние ворота закриваються і транспорт іонів припиняється (канал инактивирован). При відновленні рівня МП канал повертається у вихідне (закрите) стан.

Залежно від сигналу, який викликає відкриття активаційних воріт, селективні іонні канали поділяють на:

· Хемочувствітельності канали - сигналом до відкриття активаційних воріт є зміна конформації асоційованого з каналом білка-рецептора в результаті приєднання до нього ліганду.

потенціалчувствітельние канали - сигналом до відкриття активаційних воріт є зниження МП (деполяризація) клітинної мембрани до определнного рівня, який називають крітічекім рівнем деполяризації (КУД);

За способом активації виділяють:

· Потенціал-активуються іонні канали (перехід із закритого у відкрите стан і назад здійснюється конформацией білкової молекули при зміні потенціалу мембрани). Прикладом може служити потенціал-залежний натрієвий канал, який визначає деполяризацию клітини при генерації потенціалу дії.

· Механочувствітельние іонні канали (відкриваються при впливі на мембрану клітини механічного стимулу, наприклад, при активації механорецепторів шкіри).

· Ліганд-активуються іонні канали. За способом активації вони поділені на дві групи (екстраклеточной і внутрішньоклітинні) в залежності від того, з якого боку мембрани впливає ліганд. Якщо стимул (наприклад, ацетилхолін) при здійсненні синаптичної передачі збудження в нервово-м'язовому синапсі діє на рецептор (в даному прикладі холінорецептор, що представляє собою одну з декількох білкових субодиниць іонного каналу), розташований на зовнішній поверхні мембрани м'язової клітини, відкриється іонний канал, проникний для катіонів. Якщо ліганд-активуються канали залежать від вторинних посередників в клітці, їх перехід у відкритий стан здійснюється при зміні концентрації певних іонів в цитоплазмі. Прикладом може служити кальцій-активується калієвий канал, що активується при збільшенні концентрації іонів кальцію в клітині. Такі канали беруть участь в реполяризації мембрани при завершенні потенціалу дії.

Поняття про мембранном потенціал, рівноважному іонному потенціал і потенціал спокою. Умови і причини ім потен спокою. Рівнян постійного поля.Функц мемб птенціала.

Умови і причини існування потенціалу спокою.

Розрахунки та експериментальні дані свідчать про те, що всі клітини організму в стані «оперативного» спокою характеризуються певним ступенем поляризації. Плазмолемма кожної клітини заряджена, і в спокої на її внутрішній поверхні підтримується негативний щодо міжклітинної середовища потенціал. Трансмембранная різниця потенціалів в різних клітинах різна, але всюди досягає декількох десятків мілівольт. За допомогою мікроелектродної техніки вдалося в експерименті прямо виміряти реальну різницю потенціалів по обидва боки клітинної мембрани.

Які іони і іонні канали забезпечують біоелектрогенеза? До теперішнього часу відомо, що основний внесок в потенціал спокою і потенціал дії вносять чотири іона. Na + K + Ca ++ Cl - здатні проникати (або не проникати) в певних умовах через відповідні іонні канали.

Для того, щоб певний іон (має заряд) міг проникнути через мембрану, необхідно, щоб для цього були умови:

1.Наличие концентраційного градієнта (створюється роботою іонних насосів)

2.Наличие електрохімічного градієнта (створюється сумою концентрацій заряджених частинок і властивостями іонних каналів роз'єднувати катіони і аніони по обидві сторони мембрани).

3.Налічіе відповідних каналів у відкритому стані.

При потенціалі спокою внутрішня сторона клітинної мембрани має заряд, знак якого (негативність) визначається наявністю в цитоплазмі органічних аніонів (білків і амінокислот), нездатних проникати через іонні канали, і дефіцітоміх противоионов - катіонів калію, здатних проникати через калієві іонні канали, внаслідок чого в клітці створюється надлишок негативних іонів, а в інтерстиції -ізбиток позитивного заряду. Величину негативного заряду в клітці і позитивного заряду в міжклітинному просторі вдається передбачати математично, але тільки для відносно простих випадків, наприклад, для гігантського аксона кальмара.

Величина потенціалу спокою описується з відомим наближенням рівнянням постійного поля, запропонованим Ходжкіна, Гольдманом і Кацем.

Не слід плутати поняття мембранний потенціал. рівноважний потенціал і потенціал спокою.

Мембранний потенціал задається сумою діючих по обидві сторони мембрани зарядів, що визначає здатність певних іонів проникати через іонні канали.

Рівноважний потенціал - це такий потенціал плазмолеми клітини, при якому сумарний струм певного іона через мембрану дорівнює нулю, незважаючи на можливість окремих іонів проникати через відкриті канали в обмін на такі ж іони, які прямують у протилежному напрямку. Визначається рівнянням Нернста.

Функції мембранного потенціалу спокою:

1. Поляризація мембрани є умовою для збудження і гальмування.

2.Полярізація визначає обсяг виділення медіатора з пресинаптичного закінчення.

3. ПП створює умови для знаходження потенціалзавісімих каналів в закритому стані (поляризація мембрани створює умови для формування потенціалу дії).

ЗАГАЛЬНА ФІЗІОЛОГІЯ НЕРВОВОЇ СИСТЕМИ

Поняття про нервовий центр.

Нервовий центр - сукупність структур центральної нервової системи, координована діяльність яких забезпе-безпечує регуляцію окремих функцій організму або визна-ленний рефлекторний акт. Подання про структурно-функціонально-нальної основі нервового центру обумовлене історією розвитку вчення про локалізацію функцій в центральній нервовій системі. Властивості нерв центрів:

2.Замедленное проведення збудження по нейронних совокупностям ЦНС. Синаптична затримка Tсін одного міжклітинної контакту приблизно дорівнює 0,5-2 мс. Якщо є n нейронів в мережі, загальний латентний період проведення сигналу в мозку відповідає n × Tсін і може бути досить значним. Побічно, знаючи час проведення сигналу по ЦНС (обчислюється з урахуванням загального часу рефлексу і часу, витраченого на проведення по нервових стовбурах), можна оцінити кількість синаптичних перемикань (n) в дузі конкретного рефлексу.

4.Односторонность проведення збудження, а також дивергенція і конвергенція синаптичних входів створюють морфологічний субстрат для циркуляції збудження (реверберації) по замкнутих нейронних ланцюгах. Вважається, що це явище лежить в основі короткочасної пам'яті.

5. Для певних нейронів, асоційованих в ядра, характерна фонова активність. Вона визначається властивостями мембрани і залежить від спонтанної деполяризації. Інші нейрони є «мовчати» і генерують ПД тільки при активації синаптичних входів.

6. Для нейронів і наявних на їх поверхні синапсів характерна чутливість для різних речовин, сигнальних молекул і метаболітів, що містяться в лікворі.

7. характерна стомлюваність, однією з причин якої є зменшення запасів наявного медіатора і низька швидкість його синтезу.

8. пласічность. Полегшення, потенциация (тетанічних посттетаніческой, довготривала), депресія визначаються властивостями рецепторів, слідові процесами і появою нових синаптичних контактів або рецепторів на поверхні нейронів.

Для нервових мереж мозку характерно спрямоване, одностороннє (лінійне) проведення збудження. Якщо є ланцюжок нейронів, пов'язаних між собою синаптическими контактами, то через властивості хімічних синапсів виділяти медіатор з пресинаптичного закінчення в синаптичну щілину і рецептіровать його рецептором, локалізованим на мембрані постсинаптичної, вектор поширення збудження в нейронної мережі направлений в сторону подальшого постсинаптичного нейрона. Загальним прикладом цього принципу є закон Белла- Мажанди (аферентні волокна входять в спинний мозок через спинні, рухові волокна залишають спинний мозок через вентральні корінці).

Процеси конвергенції полягають в сходженні различ-них імпульсних потоків від декількох нервових клітин до одного і того ж нейрона (див. Розділ 4.1.4). Процес конвергенції ха-рактер не тільки для однотипних нервових клітин. Наприклад, на мотонейронах спинного мозку, крім первинних аферентних по-локон, конвергируют волокна різних низхідних трактів від супраспінальних і власне спінальних центрів, а також від збуджуючих і гальмівних вставних проміжних нейронів. В результаті мотонейрони спинного мозку виконують функцію загального кінцевого шляху для численних нервових утворень, включаючи і надсегментного апарат головного мозку, що мають від-носіння до регуляції рухової функції.

Дивергенцией називається здатність нервової клітини встановлювати численні синаптичні зв'язки з раз-особистими нервовими клітинами. Завдяки цьому одна нервова кліть-ка може брати участь в декількох різних реакціях, пере-давати збудження значній кількості інших нейронів, кото-які можуть порушити більшу кількість нейронів, забезпечуючи широку иррадиацию збуджувального процесу в центральних нервових утвореннях.

Функціональних-но нейрони спинного мозку можна розділити на 4 основні групи:

1) мотонейрони, або рухові, - клітини передніх рогів, аксони яких утворюють передні корінці;

2) інтернейрони - нейрони, які отримують інформацію від спи-нальних гангліїв і розташовані в задніх рогах. Ці нейрони реагують на больові, температурні, тактильні, вібраційні, пропріорецептивні роздратування;

3) симпатичні, парасимпатичні нейрони розташовані переважно в бічних рогах. Аксони цих нейронів виходять зі спинного мозку в складі передніх корінців;

4)) асоціативні клітини - нейрони власного апарату спинного мозку, що встановлюють зв'язки всередині і між сегм-тами.

Мотонейрони. Аксон мотонейрона своїми терміналами Іннер-вірует сотні м'язових волокон, утворюючи мотонейронами одиницю

Інтернейрони. Ці проміжні нейрони, що генерують їм-пульс з частота до 1000 в секунду, є фоновоактівних і мають на своїх дендритах до 500 синапсів. Функція интернейронов полягає в організації зв'язків між структурами спинного мозку і забезпеченні впливу висхідних і спадних шляхів на клітини окремих сегментів спинного мозку. Дуже важливою функ-цією интернейронов є гальмування активності нейронів, що забезпечує збереження спрямованості шляху збудження.

Нейрони симпатичного відділу автономної системи. Распо-ложени в бічних рогах сегментів грудного відділу спинного мозку. Ці нейрони є фоновоактівних, але мають рідкісну частоту імпульсації (3-5 в секунду).

Нейрони парасимпатичного відділу автономної системи. Локалізуються в сакральному відділі спинного мозку і є фоновоактівних.

Нейроглія, або глия, - сукупність клітинних елементів нервової тканини, утворена спеціалізованими клітинами раз-особистої форми. Клітини нейроглії заповнюють простору між нейронами, складаючи 40% від обсягу мозку. Гліальні клітини за розміром в 3-4 рази менше, ніж нервові; З віком у людини в мозку число нейронів зменшується, а число гліальних клітин збільшується. Класифікація:

Астроцити є многоотростчатие клітини з ядрами овальної форми і невеликою кількістю хроматину. Раз-заходів астроцитів 7-25 мкм. розташовуються головним чином в сірій речовині мозку. Ядра астроцитів містять ДНК, протоплазма має пластинчастий комплекс, центрісому, мітохон-дріі. астроцити служать опорою нейронів, забезпечують-вают репаративні процеси нервових стовбурів, ізолюють нервове волокно, беруть участь у метаболізмі нейронів. Відростки астроцитів утворюють «ніжки», що огортає капіляри, практично повно-стю покриваючи їх. В результаті між нейронами і капілярами рас-покладаються тільки астроцити. Мабуть, вони забезпечують транспорт речовин з крові в нейрон і назад. Астроцити утворюють містки між капілярами і епендимою, що вистилає порожнини шлуночків мозку. Вважають, що таким чином забезпечується обмін між кров'ю і цереброспинальной рідиною шлуночків мозку, т. Е. Астроцити виконують транспортну функцію.

Олігодендроціти -Малий кількість відростків. Вони менші за розміром, ніж астроцити. У корі великого мозку кількість олигодендроцитов зростає від верхніх шарів до нижніх. У підкіркових структурах, в стовбурі мозку олігодендро-цитов більше, ніж в корі. Олігодендроціти беруть участь в мієліт-нізації аксонів (тому їх більше в білій речовині мозку), в метаболізмі нейронів, а також трофіці нейронів.

Мікроглія представлена найдрібнішими многоотростча-тими клітинами глії, що відносяться до блукаючих клітин. Іс-точником мікроглії служить мезодерма. Мікрогліальні клітини здатні до фагоцитозу.

14.Современние уявлення про міжклітинних контактах.

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

Класифікація синапсів. Синапси класифікуються за міс-тоположенію, характером дії, способу передачі сигналу.

За розташуванням виділяють нервово-м'язові, синапси і нейронейрональние, останні в свою чергу діляться на аксо-соматичні, аксоаксональние, аксодендрітіческіе, дендросоматі-етичні.

За характером дії на сенсорну структуру синапси можуть бути збудливими і гальмівними.

Поспособу передачі сигналу синапси поділяються на елек-тричних, хімічні, змішані.

Характер взаємодії нейронів. Визначається способом це-го взаємодії: дистантное, суміжне, контактна.

Дистантное взаємодія може бути забезпечено двома нейронами, розташованими в різних структурах організму. Наприклад, в клітинах ряду структур мозку утворюються нейрогормони, нейропептиди, які здатні впливати гуморалию на ній-ку інших відділів.

Суміжне взаємодія нейронів здійснюється в разі, коли мембрани нейронів розділені тільки міжклітинних простором. Зазвичай така взаємодія є там, де між-ду мембранами нейронів немає гліальних клітин. Така суміжність характерна для аксонів нюхового нерва, паралельних волокон мозочка і т. Д. Вважають, що суміжне взаємодія забезпечує участь сусідніх нейронів у виконанні єдиної функції. Це відбувається, зокрема, через те, що метаболіти, продукти актив-ності нейрона, потрапляючи в міжклітинний простір, впливають на сусідні нейрони. Суміжне взаємодія може в ряді випадків забезпечувати передачу електричної інформації від нейрона до нейрона