Биофизика рецепций - Лекция, раздел Физика, РАЗДЕЛ I. БИОФИЗИКА МЕМБРАН Рецепция (От Лат. Receptio - Принятие): В Физиологии - Осуществляемое Рецепто...
РЕЦЕПЦИЯ (от лат. receptio - принятие): в физиологии - осуществляемое рецепторами восприятие энергии раздражителей и преобразование ее в нервное возбуждение (Большой энциклопедический словарь).
В этой лекции мы уделим внимание первичному процессу восприятия информации.
По определению, рецептор – датчик внешних (для данной клетки) факторов.
Рецепторы
Внутренние Внешние
Как действуют внешние рецепторы? Какой-либо внешний фактор X изменяет проницаемость сенсорной клетки для каких-либо главных электрохимических потенциалов, вследствие чего изменяется потенциал клетки (см. формулу Гольдмана). Если проводимость калия падает, то потенциал растет, если проводимость ионов калия возрастает, то потенциал падает. Для натрия всё наоборот. Если потенциал клетки увеличивается (движется по направлению к потенциалу действия), то такой процесс называется деполяризация. Если потенциал падает, удаляясь от порогового потенциала, то этот процесс называется гиперполяризацией. Т.о. внешнее воздействие изменяет потенциал клетки, который становится либо дальше, либо ближе к пороговому значению. Этот изменившийся потенциал называется рецепторным потенциалом. Генераторный потенциал: если клетка находится в состоянии возбуждения, то изменение ее потенциала может привести к изменению частоту импульсов возбуждения, генерируемых клеткой при неизменной амплитуде. В этом смысле сенсорная система аналогична модулятору частоты.
Выделяют три типа рецепторов:
I. Первично-чувствующие. Когда клетка одовременно является и генератором и рецептором.
II. Вторично-чувствующие. Когда одна клетка является генератором, а другая – акцептором (акцептор – та клетка, у которой изменяется частота).
III. Третично-чувствующие.
Будучи преобразователем сигнала, сенсорные клетки имеют свои физические характеристики.
1. Инерционность. (полоса частот) приблизительно 0,1 – 1 сек.
2. Коэффициент усиления. Под этим термином зачастую понимают различные явления. Или усиление мощности сигнала, или энергия, которая выделяется в том месте, где сгенерировался сигнал. Иногда под коэффициентом усиления подразумевают степень размножения сигнала. Это есть отношение числа среагировавших частиц к числу частиц-генераторов.
3. Порог чувствительности. Определяет какое минимальное количество вещества необходимо, чтобы система сработала. Например хеморецептор тутового шелкопряда имеет порог чувствительности к бомбиколу (веществу, выделяемому женской особью) равный 3*10-19 г/см3, или это ~ 103 молек./см3. Т.е. эта бабочка способна почувствовать присутствие бомбикола в воздухе уже при концентрации 1000 молекул в см3, что соответствует расстоянию в несколько километров до особи противоположного пола.
4. Селективность. Например, способность отличить одно вещество от другого, или «настроенность» сенсорных клеток на запах, а не на звук. Селективность обеспечивается не отдельной клеткой, а всей сенсорной системой. Говорят, что сенсорные системы отличаются высокой селективностью.
5. Динамическая кривая. Зависимость величины реакции от величины стимула. Кривые различных клеток сильно различаются, однако у них есть ряд схожих черт. Общее их отличие состоит в высокой разрешающей способности в широком диапазоне данной величины (свет, звук и т.д.). было сделано много попыток математически описать эту характеристику.
Из графика видно, что в некотором диапазоне зависимость можно аппроксимировать прямой. Для этого пытались построить модель, в результате чего появилась формула:
Чем же обеспечивается высокая селективность биологических сенсорных систем? Дело в том, что при длительном воздействии какого-либо внешнего фактора система постепенно адаптируется к данному уровню сигнала, и кривая, изображенная на графике перемещается параллельно самой себе (что, вообще говоря, требует времени – времени адаптации) так, что внешний сигнал оказывается на прямой части графика, где разрешающая способностьость максимальна (для глаза, например). Т.е. если человека из хорошо освещаемой комнаты перевести в темноту, то ему необходимо некоторое время, чтобы приспособиться, после чего он сможет видеть слабо освещенные предметы.
Современная модель, иллюстрирующая, каким образом белковые рецепторы могут функционально сопрягаться с аденилатциклазой через стимулирующий G-белок-GS. Пока сигнальный лиганд остается связанным, рецепторный белок может активировать все новые молекулы GS-белка, усиливая таким образом ответ:
Рис. Циклическое перемещение G-белка между GTP и GDP связано с активацией и инактивацией аденилатциклазы. Предполагается, что гидролиз GTP до GDP катализируется Ga субъединицей.
ц-АМФ – вторичный переносчик, который действует на АТФ-киназу. Ингибиторы процесса:
– Сholera toxin. Препятствует релаксации системы, которая вынуждена постоянно выполнять активную функцию.
– Кофеин. Блокирует АМФ, поддерживает концентрацию ц-АМФ выше
– нормы.
Рис. А. Схема строения вкусовой почки. Обладающие вкусом вещества растворяются в жидкости, омывающей микроворсинки, и диффундируют в рецепторные клетки. поверхность почки очень сильно изрезана для увеличения вероятности встретить химическое вещество.
[зоны чувствительности языка]
Б. Симметричное распределение вкусовых рецепторов и их иннервация в языке человека.
Существует предположение, что «вкус» вещества определяется только от его химического строения (или пространственного расположения его компонентов). Так, сладким будет любое вещество X, обладающее следующей пространственной структурой (см. рис. А). Кислым будет вещество, в состав которого входит большое количество легко гидролизующихся атомов водорода. Горьким будет вещество, содержащее соединение С и N (см. рис. Б).
сладкий
Н+
кислый
горький
Cl- + Na+
Хар-р. интенс.
соленый
Солёным будет казаться вещество, которое при растворении образует много ионов Na+ и Cl-. На основании данных многих сенсоров формируется понятие о вкусе. Оказывается, чувство вкуса можно вызвать небольшими электрическими потенциалами.
Лекция... Тема БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ СТРУКТУРА СВОЙСТВА... Биофизика мембран важнейший раздел биофизики клетки имеющий большое значение для биологии Многие жизненные...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Биофизика рецепций
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Основные функции биологических мембран
Элементарная живая система, способная к самостоятельному существованию, развитию и воспроизведению - это живая клетка - основа строения всех животных и растений. Важнейшими условиями существования
Структура биологических мембран
Первая модель строения биологических мембран была предложена в 1902 г. Было замечено, что через мембраны лучше всего проникают вещества, хорошо растворимые в липидах, и на основании этого было сдел
Фазовые переходы липидов в мембранах
Вещество при разных температуре, давлении, концентрациях химических компонентов может находиться в различных физических состояниях, например газообразном, жидком, твердом, плазменном. Кристаллическ
Тема: ТРАНСПОРТ ВЕЩЕСТВ ЧЕРЕЗ БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ
При всем многообразии строения и физико-химических свойств молекул проникающих веществ можно выделить два механизма перемещения веществ через мембрану;
1) посредством простой диффузии, т.е
Пассивный перенос веществ через мембрану
Пассивный транспорт - это перенос вещества из мест с большим значением электрохимического потенциала к местам с его меньшим значением.
Пассивный транспорт идет с уменьшением энергии Гиббса
Активный транспорт веществ. Опыт Уссинга
Активный транспорт - это перенос вещества из мест с меньшим значением электрохимического потенциала в места с его большим значением.
Активный транспорт
Электрогенные ионные насосы
Согласно современным представлениям, в биологических мембранах имеются ионные насосы,работающие за счет свободной энергии гидролиза АТФ, - специальные системы интег
Липидные поры: стабильность и проницаемость мембран
Бимолекулярный слой фосфолипидов составляет основу любой клеточной мембраны. Непрерывность его определяет барьерные и механические свойства клетки. В процессе жизнедеятельности непр
Типы управляемых каналов.
1) Потенциалоуправляемые каналы.
«Ворота» канала системой «рычагов» соединены с диполе
Структура ионного канала.
Ион-селективный канал состоит из следующих частей : погруженной в бислой белковой части, имеющей субъединичное строение; селективного фильтра, образованного отрицательно заряженными атомами кислоро
Механизм генерации потенциала действия кардиомиоцита
Потенциал действия мышечной клетки сердца отличается от потенциала действия нервного волокна и клетки скелетной мышцы прежде всего длительностью возбуждения - деполяризации (рис).
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ОРГАНОВ
Функционирование живых клеток сопровождается возникновением трансмембранных электрических потенциалов. Клетки, образуя целостный орган, формируют сложную картину его электрической а
Физические основы электрокардиографии
Наибольшее распространение в медицинской практике в стоящее время получило изучение электрической активности сердца - электрокардиография.
Экспериментальные данные пока
Автоколебания и автоволны в органах и тканях
Процессы, которые повторяется во времени, называют колебаниями. В биологических объектах наблюдаются колебания различных видов на всех уровнях их организации. Так, в клетках
Основные свойства автоволн в АС.
1. Автоволна распространяется без затухания.
2. Автоволны не интерферируют и не отражаются от препятствий.
3. Направление распространения автоволны определяется зонами рефрактерно
Ревербератор в среде с отверстием
На основе методов математического моделирования была показана возможность существования принципиально иного механизма циркуляции автоволн в активных средах.
Рассмотрим процесс в плоской од
БИОФИЗИКА МЫШЕЧНОГО СОКРАЩЕНИЯ
Мышечная активность - это одно из общих свойств высокоорганизованных живых организмов. Вся жизнедеятельность человека связана с мышечной активностью. Независимо от назначения, особе
Структура поперечно-полосатой мышцы. Модель скользящих нитей
Мышечная ткань представляет собой совокупность мышечных клеток (волокон), внеклеточного вещества (коллаген, эластин и др.) и густой сети нервных волокон и кровеносных cocyдов. Мышцы по строению дел
Биомеханика мышцы
Мышцы можно представить как сплошную среду, то есть среду, состоящую из большого числа элементов, взаимодействующих между собой без соударений и находящихся в поле внешних сил. Мышца одновременно о
Уравнение Хилла. Мощность одиночного сокращения
Зависимость скорости укорочения от нагрузки Р является важнейшей при изучении работы мышцы, так как позволяет выявить закономерности мышечного сокращения и его энергетики. Она была подробно изучена
Электромеханическое сопряжение в мышцах
Электромеханическое сопряжение - это цикл последовательных процессов, начинающийся с возникновения потенциала действия ПД на сарколемме (клеточной мембране) и заканчивающийся сократительным ответом
Реологические свойства крови
Реология (от греч. rheos - течение, поток, logos - учение) -это наука о деформациях и текучести вещества. Под реологией крови (гемореологией) будем понимать изучение биофизических осо
Основные законы гемодинамики
Гемодинамика - один из разделов биомеханики, изучающий законы движения крови по кровеносным сосудам. Задача гемодинамики - установить взаимосвязь между основными гемодинамическими показателями, а т
Биофизические функции элементов сердечно-сосудистой системы
В 1628 г. английский врач В. Гарвей предложил модель сосудистой системы, где сердце служило насосом, прокачивающим кровь по сосудам. Он подсчитал, что масса крови, выбрасываемой сердцем в артерии в
Фильтрация и реабсорбция жидкости в капилляре.
При филътрационно-реабсорбционных процессах вода и растворенные в ней соли проходят через стенку капилляра благодаря неоднородности ее структуры. Направление и скорость движения воды через различны
ИНФОРМАЦИЯ И ПРИНЦИПЫ РЕГУЛЯЦИИ В БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
Биологическая кибернетика является составной частью биофизики сложных систем. Биологическая кибернетика имеет большое значение для развития современной биологии, медицины и экологии
Принцип автоматической регуляции в живых системах
Управление (регулирование) - процесс изменения состояния или режима функционирования системы в соответствии с поставленной перед ней задачей.
Всякая система содержит управляющую час
Информация. Информационные потоки в живых системах
Информация (от лат. informatio – разъяснение, осведомление) - это один из широко используемых на сегодня терминов, которые употребляет человек в процессе деятельности. Создаются информационн
Фоторецепторы.
С помощью глаз мы получаем до 90% информации об окружающем мире. Глаз способен различать свет, цвет, движение, способен оцениать скорость передвижения. Максимальная концентрация светочувствительных
Биофизика отклика.
Генерация рецепторного потенциала. Свет поглощается белком родопсином, бесцветным белком, который, по сути, является комплексом белка опсина и ретиналя (имеющего розовую окраску). Ретиналь может на
БИОСФЕРА И ФИЗИЧЕСКИЕ ПОЛЯ
Биосфера Земли, в том числе и человек, развивались и существуют под постоянным действием потоков электромагнитных волн и ионизирующих излучений. Естественный радиоактивный фон и фон электромагнитны
ЧЕЛОВЕК И ФИЗИЧЕСКИЕ ПОЛЯ ОКРУЖАЮЩЕГО МИРА
Понятие «физические поля окружающего мира», является широким и может включать в себя многие явления зависимости от целей и контекста рассмотрения. Если рассматривать его в строго фи
Взаимодействие электромагнитных излучений с веществом
При прохождении ЭМ волны через слой вещества толщиной х интенсивность волны I уменьшается вследствие взаимодействия ЭМ поля с атомами и молекулами вещества. Эффекты взаимодействия могут быть различ
Дозиметрия ионизирующих излучений
К ионизирующим излучениям относятся рентгеновское и γ-излучение, потоки α-частиц, электронов, позитронов, а также потоки нейтронов и протонов.
Действие ионизирующих излучений на
Естественный радиоактивный фон Земли
На биосферу Земли непрерывно действует космическое излучение, а также потоки α- и β-частиц, γ-квантов в результате излучения различных радионуклидов, рассеянных в зем
Нарушения естественного радиоактивного фона
Нарушения радиоактивного фона в локальных условиях и тем более глобальные опасны для существования биосферы и могут привести к непоправимым последствиям. Причиной увеличения радиоактивного фона явл
Электромагнитные и радиоактивные излучения в медицине
Электромагнитные волны и радиоактивные излучения сегодня широко используются в медицинской практике для диагностики и терапии.
Радиоволны применяются в аппаратах УВЧ и СВЧ-физиотерапии. Де
Электромагнитные поля.
Диапазон собственного электромагнитного излучения ограничен со стороны коротких волн оптическим излучением, более коротковолновое излучение - включая рентгеновское и γ-кванты - не зарегистриро
Акустические поля.
Диапазон собственного акустического излучения ограничен со стороны длинных волн механическими колебаниями поверхности тела человека ( 0,01 Гц), со стороны коротких волн ультразвуковым излучением, в
Низкочастотные электрические и магнитные поля
Электрическое поле человека существует на поверхности тела и снаружи, вне его.
Электрическое поле вне тела человека обусловлено главным образом трибозарядами, то есть зарядами, возникающим
Электромагнитные волны СВЧ-диапазона
Интенсивность излучения волн СВЧ-диапазона за счет теплового движения ничтожна. Эти волны в теле человека затухают слабее, чем инфракрасное излучение. Поэтому с помощью приборов для измерения слабы
Применение СВЧ-радиометрии в медицине.
Основными сферами практического применения СВЧ-радиометрии в настоящее время представляются диагностика злокачественных опухолей различных органов: молочной железы, мозга, легких, метастазов, а так
Оптическое излучение тела человека
Оптическое излучение тела человека надежно регистрируется с помощью современной техники счета фотонов. В этих устройствах используют высокочувствительные фотоэлектронные умножители (ФЭУ), способные
Акустические поля человека
Поверхность человеческого тела непрерывно колеблется. Эти колебания несут информацию о многих процессах внутри организма: дыхательных движениях, биениях сердца и температуре внутренних органов.
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Рецепторы
Новости и инфо для студентов