Активность Са2+-насоса плазмалеммы контролируется непосредственно Са2+: увеличение концентрации свободного кальция в цитозоле активирует Са2+-насос.
В покое диффузия через кальциевые ионные каналы почти не происходит.
Са-АТФаза транспортирует Са из клетки во внеклеточную среду против его концентрационного градиента. По градиенту Са+ поступает в клетку благодаря диффузии через ионные каналы.
В мембране эндоплазматического ретикулума также содержится большое количество Са++-АТФазы. Кальциевый насос эндоплазматического ретикулума (SERCA) обеспечивает удаление кальция из цитозоля в эндоплазматический ретикулум - "депо" кальция за счет первично активного транспорта.
Вдепо кальций связывается с кальцийсвязывающими белками (кальсеквестрином, кальретикулином и др.).
Внастоящее время описано по крайней мере три различных изоформы SERCA-насосов.
SERCA1-подтип сосредоточен исключительно в быстрых скелетных мышцах, SERCA2-насосы широко распространены в других тканях. Значимость SERCA3 -насосов менее ясна.
Белки SERCA2-нacocoв разделяются на две различные изоформы: SERCA2a, характерные для кардиомиоцитов и гладких мышц, и SERCA2b, характерные для тканей мозга.
Увеличение Са2+ в цитозоле активирует захват ионов кальция в эндоплазматический ретикулум, в то время как увеличение свободного кальция внутри эндоплазматического ретикулума ингибирует насосы SERCA.
Н+ К+ -АТФаза (насос).
При помощи этого насоса (в результате гидролиза одной молекулы АТФ) в обкладочных (париетальных) клетках слизистой желудка происходит транспорт двух ионов калия из внеклеточного пространства в клетку и двух ионов Н+ из цитозоля во внеклеточное пространство при гидролизе одной молекулы. Этот механизм лежит в основе образования соляной кислоты в желудке.
Ионный насос класс F.
Митохондриальная АТФаза. Катализирует конечный этап синтеза АТФ. Крипты митохондрий содержат АТФсинтазу, сопрягающую окисление в цикле Кребса и фосфорилирование АДФ до АТФ.
Ионный насос класса V.
Лизосомальные Н+-АТФазы (лизосомальные протонные насосы) - протонные насосы, обеспечивающие транспорт Н+ из цитозоля в ряд органелл-лизосомы, аппарат Гольджи, секреторные везикулы. В результате понижается значение рН, например, в лизосомах до 5,0 что оптимизирует деятельность этих структур.
Особенности ионного транспорта
1. Значительный и асимметричный трансмембранный! градиент для Na+ и К+ в покое. Натрия вне клетки (145 ммоль/л) в 10 раз больше, чем в клетке (14 ммоль/л).
Калия в клетке (140 ммоль/л) примерно в 30 раз больше, чем вне клетки (4 ммоль/л). Эта особенность распределения ионов натрия и калия:
•гомеостатируется работой Na+/K+-нacoca;
•формирует в покое выходящий калиевый ток (канал утечки);
•формирует потенциал покоя;
•работа любых калиевых каналов (потенциалзависимых, кальцийзависимых, лигандзависимых) направлена на формирование выходящего калиевого тока.
Это либо возвращает состояние мембраны к исходному уровню (активация потенциалзависимых каналов в фазу реполяризации), либо гиперполяризует мембрану (кальцийзависимые, лигандзависимые каналы, в том числе и активируемые системами вторых посредников).
Следует иметь в виду, что:
•перемещение калия через мембрану осуществляется путем пассивного транспорта;
• формирование возбуждения (потенциала действия) всегда обусловлено входящим натриевым током;
•активация любых натриевых каналов всегда вызывает входящий натриевый ток;
•перемещение натрия через мембрану осуществляется почти всегда путем пассивного транспорта;
•в эпителиальных клетках, образующих в тканях стенку разных трубок, полостей (тонкий кишечник, канальца нефрона и др.), во внешней мембране всегда имеется большое количество натриевых каналов, обеспечивающих при активации входящий натриевый ток, а в базальной мембране - большое число натрий, калиевых
насосов, выкачивающих натрий из клетки. Такое асимметричное распределение этих транспортных систем для натрия обеспечивает его трансклеточный перенос, т.е. из просвета кишечника, почечных каналь цев во внутреннюю среду организма;
•пассивный транспорт натрия в клетку по электрохимическому градиенту ведет к накоплению энергии, которая используется для вторично активного транспорта многих веществ.
2. Низкий уровень кальция в цитозоле клетки.
В клетке в покое содержание кальция (50 нмоль/л) в 5000 раз ниже, чем вне клетки (2,5 ммоль/л).
Такой низкий уровень кальция в цитозоле не случаен, так как кальций в концентрациях в 10-100 раз больше исходной выступает в качестве второго внутриклеточного посредника в реализации сигнала.
В таких условиях возможно быстрое увеличение кальция в цитозоле за счет активации кальциевых каналов (облегченная диффузия), которые в большом количестве имеются в цитоплазматической мембране и в мембране эндоплазматического ретикулума (эндоплазматический ретикулум - "депо" кальция в клетке).
Формирование потоков кальция, происходящее за счет открытия каналов, обеспечивает физиологически значимое повышение концентрации кальция в цитозоле.
Низкий уровень кальция в цитозоле клетки поддерживается Са2+-АТФазой, Nа+/Са2+-обменниками, кальцийсвязывающими белками цитозоля.
Кроме быстрого связывания цитозольного Са2+ внутриклеточными Са2+-связывающими белками, ионы кальция, попадающие в цитозоль, могут аккумулироваться аппаратом Гольджи или клеточным ядром, захватываться митохондриальными Са2+-депо.
3. Низкий уровень хлора в клетке.
В клетке в покое содержание хлора (8 ммоль/л) более чем в 10 раз ниже, чем вне клетки (110 ммоль/л). Такое состояние поддерживается работой К+/Сl- -транспортер.
Изменение функционального состояния клетки связано (или обусловлено) с изменением проницаемости мембраны для хлора. При активации протенциал- и лигандуправляемых хлорных каналов ион через канал путем пассивного транспорта входит в цитозоль.
Кроме того, вход хлора в цитозоль формируется за счет №+/К+/2СГ-котранспортера и СГ-НСО3-обменник. Вход хлора в клетку увеличивает полярность мембраны вплоть до гиперполяризации.
Особенности ионного транспорта играют основополагающую роль в формировании биоэлектрических явлений в органах и тканях, которые кодируют информацию, определяют функциональное состояние этих структур, их переход из одного функционального состояния в другое.
13. Нейрон… Нейрон - это структурно-функциональная единица нервной ткани. Это специализированная клетка, которая,
наряду с общими физиологическими свойствами (возбудимость, проводимость), обладает и рядом специфических свойств. А именно:
1.Воспринимать информацию (переводить информацию раздражителя на биологический язык клетки).
2.Обрабатывать информацию (т.е. проводить анализ информации, синтез - соединение различных частей информации после анализа с получением нового качества).
3.Кодировать информацию (превращать информацию в форму удобную для хранения в мозге).
4.Формировать командный управляющий сигнал, который распространяется на другие клетки (нейроны, мышечные клетки).
5.Передача информации нейрона на другие структуры.
Нейроны способны контактировать с другими клетками и оказывать на них информационное воздействие (место контактов - синапс).
Все свои виды деятельности нейрон осуществляет за счѐт 3-х физиологических свойств (помимо
возбудимости и проводимости):
1.Рецепция;
2.Электрогенез;
3.Нейросекреция.
Функционально нейроны делятся на три типа:
-афферентные (чувствительные);
-промежуточные (вставочные) нейроны (формируют ЦНС);
-эфферентные (отправляют к периферическим органам команды ЦНС).
14. Рецепторная функция нейронов… Рецептором в нейроне называются специализированные образования, предназначенные для восприятия
клетками (нейронами) или всей нервной системой действия раздражителей. Различают два типа рецепторов:
1.Сенсорные рецепторы.
2.Клеточные химические рецепторы.
Хеморецепторы нейронов к большому числу специфических и неспецифических химических раздражителей внутренней и внешней среды.
Сенсорные рецепторы - это нервные окончания, чувствительные участки нейрона, которые способны воспринимать другие нехимические виды раздражения.
Например, рецепторы давления, температурные рецепторы, рецепторы сдвига и т.д., для которых раздражителем является нехимическая молекула.
Кроме того, все рецепторы делят на первично-чувствительные и вторично-чувствительные.
Первично-чувствительные рецепторы - это рецепторы нейронов, которые воспринимают химические и др. виды раздражения (давления, температуры и т.д.).
Вторично-чувствительные рецепторы - это специализированные нервные клетки, функцией которых является восприятие раздражения и передача его на афферентные окончания нейрона.
Все рецепторы (первично-чувствующие, вторично-чувствующие) можно разделить на экстерорецепторы и
интерорецепторы.
Экстерорецепторы - это такие образования нейрона, которые воспринимают раздражения, поступающие из внешней среды.
Интерорецепторы - это такие рецепторы, которые постоянно собирают информацию о деятельности внутренних органов и о состоянии внутренней среды организма.
Интерорецепторы делятся на множество групп:
1)проприорецепторы (они заложены в мышцах и сухожилиях);
2)ангиорецепторы (рецепторы, располагающиеся в сосудистом русле);
3)тканевые рецепторы (специальные образования, отслеживающие внутренний гомеостаз, постоянства внутренней среды организма);
Все рецепторы обладают чувствительностью. Чувствительность рецепторов характеризуется порогом чувствительности.
Под порогом чувствительности понимают минимальную силу раздражителя, которая способна вызвать формирование рецепторного или генераторного потенциала. Возникновение рецепторного потенциала, т.е.
электрического явления на рецепторе связано с тем, что раздражитель вызывает частичную деполяризацию мембраны. Это приводит к вхождению небольшой порции натрия (Na) локально в области рецептора из окружающей среды в нейрон, и в мембране рецептора возникает частичная деполяризация - это и есть генераторный или рецепторный потенциал. Он не распространяется, лишь суммация (временная или пространственная) позволяет нескольким рецепторным потенциалам сформировать потенциал действия, и он
(потенциал действия) распространяется по нервным волокнам.
Под действием раздражителей рецепторы могут изменять свои свойства. Одним из таких проявлений является
адаптация рецепторов.
Под адаптацией рецепторов понимают изменение их чувствительности при длительном действии раздражителя.
По адаптивным способностям рецепторы различают:
1)слабо-адаптирующиеся (они служат для восприятия истинных, абсолютных, мгновенных значений раздражителя);
2)быстро- и полностью адаптирующиеся рецепторы (они воспринимают информацию об изменении стимула на фоне спонтанной импульсации).
Функционально рецепторы делятся на:
а) полимодальные ;б) мономодальные; в) бимодальные.
Мономодальные рецепторы - это такие рецепторы, для которых специфическим (т.е. родным) является только один раздражитель.
Бимодальные рецепторы - это такие рецепторы, которые формируют два ощущения (т.е. рецепторы воспринимают две модальности - температуру и боль, ощущение сдвига и боль и т.д.).
Полимодальные рецепторы - это рецепторы, которые воспринимают несколько раздражителей, как специфические.
Рецепторы бывают спонтанно-активные и молчащие.
Спонтанно-активные рецепторы - это такие рецепторы, которые, мониторируя процесс, постоянно генерируют импульсы и посылают их в ЦНС.
Молчащие рецепторы - это такие рецепторы, которые, мониторируя процесс, посылают импульсы в ЦНС только тогда, когда имеются отклонения от нормальной деятельности.
Интенсивность воздействия на рецепторы кодируется 2-мя способами:
1.Числом потенциалов действия от рецептора за единицу времени.
2.Числом рецепторов, а значит и нервных волокон, вовлечѐнных в процесс восприятия (чем больше рецепторов вовлечено в процесс восприятия, тем больше стимул, который поступает в ЦНС).
Рецепторы почти всегда передают свою информацию на нервные проводники. Такими нервными проводниками являются периферические отростки нейронов.
Они делятся на два типа:
1) афферентные проводники (дендриты);2) эфферентные проводники (аксон).
15. Электрогенез нейронов…
Вторым, по значению, свойством нейрона является электрогенез - т.е. формирование электрической активности нейрона. Два вида активности : Спонтанная активность и вызванная активность
Спонтанная активностьэто самопроизвольная активность. Вызванная активность возникает под действием раздражителей
Исходно все нейроны могут быть разделены на: спонтанно-активные (фоноактивные нейроны), молчащие нейроны (нефоноактивные нейроны).
Фоноактивные нейроны - это такие нейроны, которые продуцируют потенциалы действия спонтанно, без внешних раздражителей, вследствие особенностей своего обмена веществ. Кроме того, спонтанная активность нейрона нередко обусловлена спонтанной активностью его рецепторного аппарата.
Молчащие нейроны - это такие нейроны, которые без внешнего стимула не отвечают потенциалом действия. Спонтанно-активные нейроны тоже меняют свою активную деятельность под действием раздражителя.
По своей исходной активности могут быть разделены на три группы:
1. Группы нейронов, которые обладают спонтанной одиночной активностью (в состоянии покоя).
2.Нейроны с более организованной спонтанной активностью. Они обладают "пачковой" спонтанной активностью. Обычно в "пачке" электрической активности насчитывается 5-6 пиков потенциала действия. Обычно межимпульсовый интервал, т.е. временной интервал между импульсами в "пачке", составляет от 1 до 3 миллисекунд. Между "пачками" интервал варьирует в пределах 15-120 миллисекунд.
3.Спонтанные нейроны обладают групповой активностью. Обычно в группе нейронов насчитывают от 6 до 20 импульсов. Группой они кодируют информацию очень сложно и межинтервальное время колеблется внутри "пачки" от 3 до 30 миллисекунд, время формирования между группами колеблется от 50 до 200 миллисекунд.
Электрическая активность клетки отражает кодировку информации, которую нейрон либо воспринимает и кодирует, либо производит и, кодируя ее на электрический язык, передает по аксону другой клетке. Т.е. электрическая активность - это кодировка информации.
Существует несколько видов кодировки информации:
1.неимпульсная кодировка информации
2.импульсная кодировка информации Группа нейронов способна к пространственно-временной кодировке информации.
Неимпульсная кодировка информации - это кодировка информации за счет изменения уровня потенциала мембраны и КУД.
При действии постоянного тока на ткань нейрон использует оба приема неимпульсной кодировки информации. Кодировка проявляется функционально - изменением возбудимости.
Импульсная кодировка информации осуществляется за счет изменения частотных характеристик и конфигурации импульсов при ответной реакции.
При вызванной электрической активностьи информация кодируется межимпульсными интервалами, а так же продолжительностью латентного /скрытого/ периода (период от нанесения раздражения до появления активной реакции).
16. Нервные проводники…
Нервные проводники обладают 2-мя важнейшими физиологическими свойствами: возбудимостью и проводимостью.
Прежде всего, они отличаются друг от друга проводимостью (способностью проводить возникшее возбуждение).
Мерой проводимости является скорость проведения возбуждения. Скорость проведения возбуждения зависит от толщины проводника (чем толще проводник, тем больше скорость проведения возбуждения).
Все волокна по толщине, а значит и по скорости проведения возбуждения, могут быть разделены на 3 группы: А,
В, С.
Волокна А и В относятся к миелинизированным волокнам, а волокна С - немиелинизированные.
Волокна группы А делятся на 4 подгруппы:
1)А-альфа. Диаметр=13-22 мк; скорость проведения 70-120 м/с. К ним относятся эфферентные волокна скелетных мышц, кроме того афферентные волокна от рецепторов мыщц (мышечных веретѐн); 2)А-бета. Диаметр=8-13 мк; скорость- 40-70 м/с. К ним относятся афферентные волокна от рецепторов давления и тактильных рецепторов (воспринимающих прикосновение);
3)А-гамма. Диаметр=4-8 мкм; скорость проведения возбуждения 15-40 м/с. К ним относится большое число афферентных волокон; 4)А-дельта. Диаметр=1-4 мкм; скорость проведения возбуждения 5-15 м/с. К ним относятся афферентные
волокна от рецепторов боли и температур Волокна В - это преганглионарные волокна вегетативной нервной системы.
Волокна С - это постганглионарные волокна вегетативной нервной системы.
Законы проведения возбуждения
1.Закон двухстороннего проведения. В изолированном нервном проводнике возбуждение распространяется в двух направлениях 2.Закон физиологической целостности /анодный блок, катодическая депрессия - анатомическая целостность
сохранена, физиологическая нарушена/ 3.Закон изолированного проведения возбуждения/возбуждение не переходит с волокна на волокно, изоляцияшвановские клетки/
Механизмы проведения возбуждения
В безмякотных волокнах – последовательно за счет разности потенциалов между возбужденным и невозбужденным участком. В мякотных волокнах – скачкообразно /сальтоторно/, может через 2-3 перехвата Раньве.
17.Нейросекреция…
Нейросекреция - это способность нейрона синтезировать различные химические соединения, которые обладают биологической активностью.
Нейроны выделяют с помощью нейросекрета две группы веществ:
1. нейрогормоны - они выделяются специализированным нейроном, его телом, аксоном в межклеточную жидкость, во внутреннюю среду организма и там вызывают изменения, воздействуя на специфические для них клеточные рецепторы.
2. медиаторы - это тоже биологически активные вещества, они также синтезируются в нервных клетках. Однако, они выделяются не везде. Они концентрируются и выделяются только в месте контакта нейрона с другими клетками.
Контакт нейрона с другими клетками называется синапс.
Синапсы делятся по способу передачи возбуждения на
1.синапсы с электрической передачей возбуждения
2.синапсы с химической передачей возбуждения
Первая группа синапсов немногочисленна до 1-3% от общего числа. Не известны пути влияния на процесс проведения.
Вторая группа – синапсы с химической передачей. Строение.
1.Пресинаптическая мембрана - аксон, подходя к объекту иннервации, распадается на терминали, на тончайшие нервные волоконца, которые заканчиваются небольшим утолщением.
Свойства пресинаптической мембраны:
а) содержит медиатор - находится в везикулах. У каждого конкретного синапса всегда один и тот же медиатор, т.е. какой медиатор в данном синапсе генетически запрограммирован. Один конкретный синапс -
мономедиаторен.
б) область пресинаптической мембраны электровозбудима - она возбуждается и мембрана деполяризуется, если в эту область по аксону к терминали приходит потенциал действия.
в) область пресинаптической мембраны - хемоневозбудима. Химическим путем мембрану не возбудить.
У каждого медиатора существует целая система синтеза в нейроне. Медиатор образуется в теле нейрона и диффундирует по аксону (аксональный ток), накапливается в области пресинаптической мембраны, частично медиатор образуется в области пресинаптической мембраны. Второй путь накопления медиатора в синапсе - аптейк - обратный захват медиатора областью пресинаптической мембраны, это - высокоэнергетический процесс.
В области пресинаптической мембраны медиатор прочно «упаковывается» в везикулы, которые в покое прочно связаны с цитоскелетом клетки.
2.Постсинаптическая мембрана - это мембрана второй клетки, иннервируемой клетки.
Субсинаптическая мембрана - участок постсинаптической мембраны, на котором еѐ свойства выражены максимально.
Свойства субсинаптической мембраны : а) она хемовозбудима.
б) она электроневозбудима
в) она имеет большое число однотипных хеморецепторов, которые воспринимают действие медиатора и
высокую концетрацию соответствующих ионных каналов (хемочувствительные,рецепторуправляемые каналы)
3. Синаптическая щель.
Размер 200-500 ангстрем /20-50 мкм (микрон)/, заполнена межклеточной жидкостью, существует периферический барьер, /что это такое никто не знает/ препятствующий выходу медиатора за пределы синапса.
Механизм передачи возбуждения через синапс
Когда возбуждение приходит в область пресинаптической мембраны, она деполяризуется, это:
1.активирует кальциевые потенциалзависимые каналы N-типа, они медленные, быстро инактивируются. В клетку входит небольшое количество кальция
2.Вошедший кальций связывается со специальным белком (кальций - связывающий белок) - синаптосин. Кальций активирует фосфолирирование нескольких молекул синаптосина, вызывая их конформацию, что приводит к ослаблению связей везикул с цитоскелетом клетки и они (везикулы) перемещаются к внутренней поверхности пресинаптической и прилипает к ней. Это вызывает разрыв везикул (ферментативный протеолиз). Параллельно прилипание к мембране активирует мембранный белок- синаптопор, который выступает как переносчик медиатора через мембрану либо как белок - переносчик за счет конформации молекулы, либо образуя транспортный канал, либо вызывая экзоцитоз.
Медиатор диффундирует в синаптическую щель, он не выходит за пределы синаптической щели,
т.к. сбоку имеются синаптические барьеры, которые препятствуют выходу медиатора за пределы синапса (что такое синаптические барьеры - неизвестно). Молекулы медиатора выделяются квантами. Количество выделившихся квантов зависит от силы и частоты раздражения, т.е. передача возбуждения в синапсе за счѐт этого квантируется, она становится дискретной.
Молекулы медиатора идут в к постсинаптической мембране, в область субсинаптической мембраны, которая имеет много однотипных хеморецепторов и образуют комплекс «медиатор – рецептор». Это вызывает активацию соответствующих рецепторуправляемых ионных каналов.
Все медиаторы можно разделить на возбуждающие медиаторы и тормозные медиаторы. Следовательно и синапсы делятся на возбуждающие и тормозные.
Возбуждающие медиаторы взаимодействуя с рецептором субсинаптической мембраны вызывают активацию натриевых каналов и формируют входящий натриевый ток, который вызывает возникновение частичной деполяризации, т.е рецепторный потенциал, который на уровне синапс обозначают как возбуждающий