Презентация на тему Межклеточные взаимодействия. Внутриклеточный сигналинг. Мембранный потенциал

потенциал действия.

Реакции возбудимых мембран в постоянном электрическом поле

система - синапс - эффектор (нейромедиаторы)
Эндокринная – на клетки

эффекторы удаленные от исочника гормона (при участии системы кровообращения)

Внутриклеточная передача сигнала
Внеклеточные вещества (лиганды) – первичные мессенджеры (гормоны, нейромедиаторы и т.п.)
липофильные – гидрофобные (ядро- транскрипция – синтез ПК)
липофобные – гидрофильные (транскрипция, ионные каналы, втор. мессенджеры - активация ПК)
Внутриклеточные медиаторы - вторичные мессенджеры (как правило активируют в клетках протеинкиназы):
цАМФ цГТФ , Са2+, инозитолтрифосфат  [ИФ3 (lnsP3)], 
диацилглицерин [ДАГ] и монооксид азота (NO).

гормоны


ядерный белковый рецептор
гормон
ядро
эффект

↑

синтез белка
ДНК
мРНК
Механизм действия на клетку первичного
липофильного

мессенджера

мембранным рецептором - открытие или закрытие ионных каналов в

клеточной мембране (напр., ацетилхолин) – изменения МП

канал

ворота
открыты

ворота
закрыты

клетку через лиганд-зависимые каналы
связывается с кальмодулином
активация внутриклеточных киназ
в клетке

инициирует
мышечное сокращение
выделение нейромедиаторов
секрецию гормонов

Активация внутриклеточных киназ

цАТФ как вторичного мессенджера

↑цАМФ
активация протеинкиназы А
эффекты
Активация

внутриклеточных эффектов с
участием G-белка и фосфолипазы С

гидролиз мембранных фосфолипидов
инозитол дифосфат:
ИФ3 + ДАГ
активация ПК

Активация внутриклеточных протеинкиназ
с участием вторичных мессенджеров

зависимых киназ клетки
эффекты
Активация внутриклеточных протеинкиназ
с участием

вторичных мессенджеров

разнообразных путей внутриклеточной передачи сигнала вследствие активации лигандом вторичных

мессенджеров:
процессы транскрипции
изменение ионной проницаемости мембраны
активация мембранных и внутриклеточных киназ

раздражение сложным комплексом физико-химических реакций, сопровождающихся колебаниями мембранного потенциала
связано

с наличием в мембране электрически и химически управляемых каналов, которые
меняют свою проницаемость для ионов.

Возбудимые ткани
нервная, мышечная, железистая
генерация МПД
специфический ответ (нервный импульс, сокращение, синтез и секреция БАВ)

клеток:
для клетки в покое – это мембранный потенциал покоя

(МПП)
НО…
МПП – ключевая роль в процессах возбуждения нервов, мышц, эндокринных клеток

В покое цитоплазма клетки электронегативна по отношению к внеклеточной жидкости (микроэлектродная техника)

снаружи и внутри клетки
[K+in] > [K+out],
[Na+in]

[Na+out]




Разная проницаемость мембраны (P) для ионов калия, натрия (Pk > PNa в покое)
Наличие белков-насосов (перенос ионов против градиента концентрации)

мембрану благодаря электрохимическому градиенту по обе стороны мембраны

Движение каждого

иона через мембрану стремится привести потенциал покоя к состоянию равновесия для данного иона.

Движение ионов через мембрану
через ионные каналы
ионоспецифичны
меняют проницаемость под влиянием внешних для клетки факторов
медиаторы, гормоны
электрические сигналы

каналы для хлора и т. д.

Ионный канал состоит

из
сенсора (индикатора) напряжения ионов в самой мембране и
селективного фильтра.
воротного механизма,

на изменение электрического поля

Хемочувствительные
рецепторуправляемые, лигандзависимые

для K+ → отрицательный заряд внутри и +

снаружи;

1 иона трансмембранная диффузионная разность потенциалов рассчитывается по формуле

Нернста:
Ek=(RT/ZF)ln(Ko/Ki)

где 
Ек — равновесный потенциал, 
R — газовая постоянная, 
Т — абсолютная температура, 
Z — валентность нона, 
F — постоянная Фарадея, 
Ко и Ki — концентрации ионов К+ вне и внутри клетки соответственно.

поэтому для расчет реального МП используют уравнение Гольдмана-Ходжкина-Каца
Ионы перемещаются

через мембрану благодаря электрохимическому градиенту по обе стороны мембраны

К+ 
расщепление 1 АТФ - перенос 3 Na+ (из клетки) и

2 К+(в клетку) - электрогенность транспорта, т. е.
цитоплазма клетки заряжена отрицательно по отношению к внеклеточному пространству.
2) движение ионов против градиента концентрации и
поддерживание концентрационного градиента:

клеток;
-90 mV для нейронов;
K+ - основной вклад,

т.к.
[Kin] >>[Kout]
проницаемость для K+ выше, чем для других ионов в покое

потенциал покоя;

Клетка деполяризована
мембрана менее электронегативна, чем в нормальный

для нее потенциал покоя.








Итак, МП – функция
концентрационных градиентов
проницаемости мембраны для ионов
работы электрогенных ионных насосов

потенциалов, обусловленные изменением ионной проницаемости мембраны:
Последовательность процессов при стимуляции

клетки и развитии ПД
0) латентный период
локальный ответ
деполяризация
овершут
реполяризация
следовые потенциалы
следовая деполяризация,
следовая гиперполяризация)

0

I

деполяризации)

ответ по принципу «все или ничего» (ПД только в

ответ на пороговые или сверхпороговые стимулы)

бесдекрементное распространение ПД по мембране клетки

рефрактерный период

для Na+ (gNa+) и К+ (gK+) во время генерации потенциала действия;

Екр — критический потенциал,
Еm — мембранный потенциал;
h — показатель способности натриевых каналов к активации.

достиг пороговой силы (порог раздражения), т.е. в результате местной

(локальной) деполяризации изменил величину МП до критической (критический уровень деполяризации)

Критический уровень деполяризации – необходимые для открытия потенциалзависимых ионных каналов изменения поляризации мембраны

функциональную активность клетки:

проведение нервного импульса,
сокращение мышцы,
секреция БАВ

(гормоны, ферменты, цитокины и пр.)

время ПД возбудимость клеточной мембраны (способность реагировать на действие

раздражителя изменением ионной проницаемости) претерпевает фазовые изменения:
повышенная возбудимость (во время локального ответа)
абсолютная рефрактерность (деполяризация и начальная реполяризация)
относительная рефрактерность - от 2 до окончания реполяризации
повышенная возбудимость, или супервозбудимость (следовая деполяризация)
Пониженная возбудимость (следовая гиперполяризация)

нейрона

б) ПД и возбудимость поперечно-полосатой мышечной клетки

в) ПД и

возбудимость миокардиальной клетки

потенциалов на мембране любой живой клетки определяет ее чувствительность

к электрическому полю:

небольшие по силе (1-10 мА) постоянные токи → существенное физиологическое действие на клеточные мембраны, особенно возбудимых клеток (используют в ФИЗИОТЕРАПИИ),

возникающие при этом изменения возбудимости называют электротоническими явлениями,
при пропускании постоянного тока под катодом возникает частичная деполяризация мембраны (катэлектротон), а под анодом — ее гиперполяризация (анэлектротон)

Механизм: искусственно измененные условия электродиффузии ионов

только внешним током выходящего направления


при приложении к нерву

или мышце двух разнополярных электродов деполяризация возникает только в области катода, т.к. именно здесь локальные - ионные токи имеют выходящее направление

отр
СПпол