Лекція №1. Іонні канали



Скачати 106.6 Kb.
Дата конвертації28.12.2016
Розмір106.6 Kb.
Нейрохімія

Лекція №1.

Іонні канали.

Пасивний транспорт іонів. Воротні механізми та селективний фільтр – головні функціональні елементи іонних каналів. Вплив іонів кальція на величину порогу збудження. Фізичні особливості натрі.вого каналу. Біохімічна характеристика натрієвого каналу. Вплив фармакологичних препаратів на потенціал дії та його розповсюдження. Нейротоксини як інструменти дослідження іонних Дія загальних та місцевих анестетиків. Стуктура аксональної мембрани. Біохімічні особливості, головні функції. Регулювання іонних струмів.
. Рушійні сили перенесення речовини через мембрану.
Електрохімічний потенціал.

Переміщення речовин у клітку й з її в навколишнє середовище може здійснюватися багатьма способами. Залежно від того, чим представлене джерело енергії для перенесення речовин, що є рушійною силою переміщення, всі види перенесення можна розділити на пасивний й активний транспорт.



Види активного й пасивного транспорту:

Малі незаряджені молекули можуть проходити через ліпідний бислой, тоді як заряджен навіть невеликі проникають тільки при наявності каналообразующих білків або білків переносників.

Схема роботи транспортних білків

(класифікація способів перенесення через мембрану)




Пасивний транспорт речовин
Проста дифузія. Основним механізмом пасивного транспорту речовин, обумовленим наявністю концентраційного градієнта, є дифузія.

Пасивний транспорт речовин завжди здійснюється за рахунок енергії, сконцентрованої в якому-небудь градієнті, при цьому енергія метаболічних процесів безпосередньо на перенесення не витрачається. Пасивний транспорт відбувається по напрямку градієнта, тобто від більше високого енергетичного рівня до більше низького. У результаті цього градієнт зменшується, якщо немає процесів, що забезпечують його підтримка.

Часто в клітках одночасно є кілька градієнтів, які накладаються один на одного - суперпозиція градієнтів. У такому випадку перенесення речовини буде визначатися результуючих всіх градієнтів.

Основними градієнтами, властивим живим організмам є: концентраційні або хімічні, електричні, осмотичні й градієнт гідростатичного тиску рідини.

Дифузія- мимовільний процес проникнення речовини з області більшої в область меншої його концентрації в результаті теплового хаотичного руху молекул.

Відповідно до закону Фіка, швидкість дифузії - кількість речовини в молях, що дифундує в 1 часі через дану площу.





- градієнт концентрації (хімічний градієнт), тобто зміна концентрації речовини, що доводиться на одиницю довжину, у напрямку дифузії.

знак «-» показує, що напрямок дифузії від більшої концентрації до меншого.

Д - коефіцієнт дифузії дорівнює кількості речовини, що дифундує в 1 часі через 1 поверхні при градієнті концентрації рівному 1.

Д залежить від t0, Q=1,4/

Якщо молекули, що дифундують, рухаються без утворення комплексу з іншими молекулами, то така дифузія називається простій.

Тому що концентраційний градієнт клітинної мембрани визначити важко, те для опису дифузії через них, використають більше просте рівняння. (Коллендер і Берлунд).



З1, З2 – концентрації речовини по різні сторони молекули

Р - коефіцієнт проникності (аналогічний коефіцієнту дифузії), тобто кількість речовини, що проникає через одиницю поверхні мембрани за одиницю часу, за умови, що різниця концентрацій дорівнює 1.

На відміну від Д, що залежить від природи речовини, а Р залежить ще й від властивостей мембрани й від її функціонального стану.

Перехід молекул з водної фази в рідку супроводжується розривом водневих зв'язків. Виявлено кореляцію між числом шкідливих зв'язків і проникністю. Для води проникність залишається аномально високої.

У цей час припускають існування двох шляхів для переміщення води й малих гідрофільних молекул через мембрану.

Одна з них - гідрофільний - молекули проходять через пори, сформовані інтегральними білками мембран.

Другий шлях - пов'язаний з виникненням лабільних структурних дефектів в вуглеводної області мембрани в результаті теплових флуктуацій.

Ці рухливі структурні дефекти в вуглеводної області мембрани, можуть бути шляхами переміщення як Н2ПРО, так й інших малих гідрофільних молекул, вони названі кинками (кинки).


Можливі шляхи переміщення через мембрану.



  1. для Н2ПРО;

  2. для малих гідрофільних молекул.

Проникнення часток, що мають електричним зарядом, через клітинну мембрану залежить не тільки від концентраційного градієнта, але й від електричного.

У зв'язку із цим перенесення іонів може здійснюватися в напрямку, протилежному концентраційному градієнту, при наявності протилежно спрямованого електричного градієнта. Сукупність концентраційного й електричного градієнтів називається електрохімічним градієнтом.

Пасивний транспорт іонів через мембрану завжди відбувається по електрохімічному градієнті.


Лекція №2.

Активний транспорт іонів.

Приклади АТР-залежних іонних транспортних систем. Натрій-калієвий насос. Електрогенні насоси. Механізми транспорту кальцію. Протонні насоси. Головні інгибітори активного транспорту іонів. Вплив інгибіторів на розповсюдження нервових імпульсів.

Активне опосередковане перенесення
Отже для всіх процесів опосередкованого перенесення через біомембрани характерні три особливості - субстратна специфічність, здатність до насичення й чутливість до інгібіторів.

Використовуючи інший критерій, ці процеси можна розділити на два класи - активне й пасивне опосередковане перенесення. Якщо процес залежить від джерела метаболічної енергії - активний.

Таке перенесення придушується при блокуванні гліколізу або подиху. Наприклад, фторидами, йодацетатом, арсенатами, ціанідами або при роз'єднанні окисного фосфорилювання 2,4-динитрофенолом.

В еритроцитах підтримується в нормі висока внутрішньоклітинна [k*], тоді як іони Na+ й K+ по обох сторони мембрани вирівнюється.

Системи, що залежать від метаболічної енергії, провадять роботу, тобто переносять речовини проти градієнта.

У той же час, системи пасивного опосередкованого перенесення не придушуються при блокуванні джерел метаболіної енергії.

Ще один критерій заснований на спрямованості процесу активного перенесення, що складає в тім, що субстрати переміщаються через мембрану тільки в одному напрямку.

Наприклад, активне перенесення для іонів Na+ тільки назовні, ДО+ тільки усередину.

У цьому відмінність активного опосередкованого перенесення від пасивного, котрий може здійснюватися в обох напрямках залежно від відносних концентрацій по різні сторони мембран.

Цікаво, що в тих випадках, коли енергія по тимі або інших причинах не надходить, деякі системи активного перенесення в клітках здійснюють також пасивне перенесення своїх субстратів через мембрану залежно від відносних концентрацій.


Обмінна дифузія
Зовнішня мембрана мітохондрій порівняно добре проникна для більшості розчинених низькомолекулярних з'єднань, внутрішня мембрана проникна тільки для Н2ПРО, невеликих нейтральних молекул, таких наприклад, як сечовина й гліцерин, ефірних кислот з коротким ланцюгом.

Внутрішня мембрана непроникна для катіонів Na+, ДО+, Mg++, для аніонів Cl-, NO3-, для цукрів (як сахароза), для більшості амінокислот. Вона непроникна й для NAD+, NADP+, NAD H, NADP H, для нуклеозид-5’ моно, ди й трифосфатов, а також для СоА і його ефірів. У такий спосіб ці з'єднання мітохондрій фізично й функціонально відділені від цитоплазми.

Виявлено, що внутрішня мембрана містить трохи перлиаз, що здійснюють перенесення специфічних метаболітів через мембрану. Такі переносники нагадують ферменти, оскільки вони мають специфічність стосовно транспортують веществам, що, здатні насичуватися при досить високих концентраціях і піддані специфічному інгібуванні.

У мітохондріях печінки пацюків були ідентифіковані переносники для АДФ й АТФ, для фосфату, а також для деяких проміжних продуктів циклу трикарбонових кислот.

Найбільше добре вивчений переносник внутрішньої мембрани мітохондрій, що здійснює перенесення АДФ й АТФ - з'єднань, які не можуть проникати крізь мембрану шляхом простої дифузії.

Існування такого переносника було передвіщено на підставі даних, отриманих при вивченні інгібітору атрактилозида (токсичного глікозида).

Атрактилозид придушує окисні фосфорилирование АТФ, доданого в середовище, у якій перебувають ізольовані мітохондрії.

На відміну від інших інгібіторів окисного фосфорилирования, таких як олиголицин, атрактилозид не інгубує окисне фосфорилювання внутришньомітохондриального АДФ. Цей факт привів до висновку, що атрактилозид інгубує не сам процес ок. фосфорилювання, а перенесення АДФ й АТФ через мітохондриальну мембрану, здійснюваний специфічним переносником. Подальші дослідження показали, що цей переносник може забезпечити надходження молекули АДФ усередину мітохондрії тільки за умови, що з мітохондрії одночасно виходить молекула АТФ. Такий процес заміни однієї молекули на іншу, одержав назву обмінної дифузії.

Переносник функціонує таким чином, що одна молекула АТФ, що утвориться як кінцевий продукт ок. фосфорилювання, виходить із мітохондрії в обмін на молекулу АДФ, що надходить ззовні, що потім фосфорилюється в мітохондрії.

Існує певний пул аденозинфосфатів цитоплазматичного і внутрішньомітохондриальний.

Адф-атф-переносник має дуже високу спорідненість стосовно АДФ й АТФ, здатний насичуватися й характеризується винятково високим ступенем специфічності, він не забезпечує зокрема перенесення інших нуклеозидфосфатів, таких як ГТФ, ГДФ і ЦТФ, ЦДФ.

У такий спосіб він має різноманітні властивості, характерними для ферментів: однак на відміну від ферментів, каталізуючих гомогенні реакції, цей специфічний переносник забезпечує одночасно два процеси - надходження АДФ і висновок АТФ.

Інша система перенесення, відповідальна за обмінне перенесення фосфатних і гидроксилних іонів через внутрішню мембрану, інгубується ртутним прекаратом мерсалілом.

Не виключено, що системи, що забезпечують перенесення Рi й АДФ, функціонально зв'язані один з одним.

Перенесення деяких дикарбонових і трикарбонових кислот, що є проміжними продуктами циклу Кребса, також здійснюється специфічними переносниками. Два таких переносники були ідентифіковані Чеппелом.

Один з них здатний переносити сукцинат і малат, але не може транспортувати інші дикарбоновые кислоти, зокрема: флумарат, аксалоацетат, α-кетоглутарат. Цей переносник інгубується Н-бутилмлонатом.

Інший переносник, що здійснює перенесення трикарбонових кислот - ізоцитрата й цитрату або цис-акснитата - вимагає одночасної присутності фосфату й малата.

Таким чином, що утворилися молекули АТР - Рi й АДР повинні проникнути усередину мітохондрії. Реакції циклу Кребса, электронпереносна ланцюг й окисне фосфорилювання відбуваються усередині мітохондрій. Що утворився АТР повинен вийти з мітохондрії в цитаплазму, де витрачається як джерело енергії.

Внутрішньомітохондриальний пул АДР й АТР відділений від цитоплазматичного, але між ними відбувається еквівалентний обмін, здійснюваний переносником, чутливим до атрактилозиду.

Така роздільна локалізація проміжних продуктів відіграє важливу роль як кошти регулювання й інтеграції, по-перше гліколізу й подиху, а по-друге, тих анаболічних шляхів, складовою частиною яких є цикл трикарбонових кислот.

Лекція №3.

Аксональний транспорт.

Внутрішньоклітинна система комунікації. Експериментальні докази існування аксонального транспорту. Транспорт більшості компонентів нервових клітин. Роль цитоскелетних структур у забезпеченні транспорту. Енергозалежний механізм аксонального транспорту. Особливості кинетики транспорту. Швидкості різних компонентів суттєво відрізняються. Антероградний та ретрогредний транспорт. Методи дослідження аксонального транспорту. Лігатура та локальне охолодження аксонів. Мікротрубочки та асоційовані з ними білки. Особливості полімерізації тубуліна. МАР та ТАР – регулятори стану мікротрубочок. Роль тубуліну у регенерації пошкоджених нейронів та при рості нейритів на початкових стадіях розвитку нейронів.
Біоелектричні потенціали

Практично всі процеси життєдіяльності організмів супроводжуються появою в клітинах і тканинах електрорушійних сил. Електричні процеси відіграють велику роль у найважливіших фізіологічних процесах, зокрема таких, як порушення й проведення нервового імпульсу. Із цим явищем пов'язані проблеми навчання, пам'яті, а також структурні й функціональні взаємодії між нервовими клітинами і їхніми сусідами.

Т.ч. походження біопотенціалів - одна з важливих проблем біофізики, тісно пов'язана з теоретичною біологією й проблемами керування життєвими процесами.

Завдяки безпосередньому зв'язку біопотенціалів з метаболічними процесами й фізіологічним станом клітин, вони є чутливим і точно вимірним показником різних змін у клітинах у нормі й при патології.

Дифузійні, фазові й мембранні потенціали

Рівновага Доннана

Для виникнення біопотенціалів основне значення мають потенціали, зумовлені нерівномірним, несиметричним розподілом іонів. До цих потенціалів відносяться дифузійні, фазові й мембранні.

Дифузійні потенціали – виникають на межі розподілу двох рідких середовищ у результаті різної рухливості іонів; вони мають невелику величину порядку 0,01 0,001 вольта і залежать від різниці швидкості дифузії катіонів й аніонів.

Рухливість різних іонів неоднакова: найбільш рухливий іон Н+ - його рухливість 315 ; ОН- - 174; Cl- - 65,5.


Нехай є посудина з розчином соляної кислоти, розділена пористою перегородкою, у лівій половині концентрація HCl вища, ніж у правій. Тоді іони Н+ і Cl- будуть дифундувати за градієнтом концентрації. Швидкість дифузії визначається їх рухливістю. У результаті більшої рухливості , вони ненабагато будуть випереджати ө, а так як вони мають різний знак, то в правій половині виникає позитивний заряд, у лівій - негативний.
Перелік навчальної лiтератури

  1. Навчальна та довідкова

Хухо Ф. Нейрохимия. Основы и принципы. М. Мир, 1990г., 384 с.

Березин В.А., Белик Я.В. Специфические белки нервной ткани. Киев, Наукова думка, 1990 г., 264 с.

Жаботинский Ю.М. Культура нервной ткани. М., Медицина, 1977 г., 184 с.

Шепперд А. Нейробиология. М.Мир, 1991. В 2 т.

Хорн Г. Память, импритинг и мозг. М. Мир,1988. 344 с.

Эйнштейн Э. Белки мозга и спиномозговой жидкости в норме и патологии. М., Мир, 1988. 280 с.

Мак-Кей Р., Рэфф М.. Рейхардт Л. Моноклональные антитела к антигенам нервной ткани. М., Мир. 1984 г. 320 с.



  1. Методична

Стент Г., Кэлиндар Р. Молекулярная генетика. М.: Мир, 1981, - 380с.

Миллер Дж. Эксперименты в молекулярной генетике. М.: Мир, 1976,- 400с.

Textbook of Biochemistry with Clinical correlations ed. T.M. Devlin, 3rd edition, USA, 1995, - 1185p.
Індивідуальні завдання

1. Молекулярні механізми дії анестетиків.

2. Нейротоксини в якості молекулярних інструментів дослідження нервових клітин та їх функцій.

3. Методи дослідження аксонального транспорту.

4. Участь нейрофіламетів у аксональному транспорті.

5. Загальний план будови хімічних синапсів.

6. Вплив нейротоксинів на синаптичну передачу.

7. Пептидні нейромедіатори. Енкерфліни та ендодорфіни.

8. Міграція та ріст нейронів.



9. Дозрівання та диференціація нейронів.

10. Міжсинаптична регуляція.


База даних захищена авторським правом ©lecture.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка