Erütrotsüüdid. Ainevahetuse struktuur, laeng, kogus, funktsioonid, omadused
erütrotsüüdid
Erütrotsüüdid on punased verelibled. Enamasti on neil kaksiknõgus kuju. Erütrotsüüdi läbimõõt on 7,3 µm ja pind 145 µm2. Erütrotsüüdid on kaksiknõgusa kujuga - normotsüüdid 3D ja sellisel kujul pole erütrotsüüdis ühtegi punkti, mis asuks selle pinnast kaugemal kui 0,85 mikronit ^ Kui erütrotsüüdid oleksid sfäärilised, oleks raku keskpunkt vahemaa 25 mikronit ja kogupind oleks 20% väiksem. Pindala ja mahu suhe, mis on võrdne 1,5, soodustab erütrotsüütide deformeeritavust ja soodustab hapniku ülekandumist kopsudest organitesse.Selle suhte vähenemine, mida täheldatakse erütrotsüütide mahu suurenemisel, omandades sfäärilise kuju, muudab selle vähem deformeeruvaks. See põhjustab erütrotsüütide kiiret hävitamist. Lisaks võimaldab see vorm fikseerida erütrotsüüdi fibriinivõrgustikus trombi ^ £ moodustumisel erütrotsüütide seas, lisaks normotsüütidele on mikrotsüüdid (koos d< 7,2 мкм) и макроцитьг^с d >8-9 µm). Diskotsüüdid (normotsüüdid), planotsüüdid (tasase pinnaga), stomatotsüüdid (kuplikujulised), sferotsüüdid (sferotsüüdid), ehhinotsüüdid (stüloid) jne.
Erütrotsüütide membraan koosneb 4 kihist.
Kaks keskmist kihti koosnevad kolesterooliga stabiliseeritud fosfolipiididest. Kolesterooli/fosfolipiidide suhte suurendamine membraanis suurendab selle viskoossust, vähendab selle voolavust ja elastsust. Erütrotsüütide deformeeritavus väheneb.
Fosfolipiidid on membraanide peamine struktuurne ja funktsionaalne komponent. Erütrotsüütide membraanis sisalduvad neli peamist klassi fosfolipiidid on järgmised: fosfatidüülkoliin - 28%, fosfatidüületanoolamiin - 27%, sfingomüeliin 26%, fosfatidüülseriin -13%.
Fosfolipiidmolekul koosneb kolmest põhiosast – "peast" ja kahest "sabast". "Sabad" - piklikud rasvhapete ahelad, erütrotsüütide membraani fosfolipiidide koostis sisaldab oleiin-, arahhidoon-, linool-, palmitiin- ja steariinhapet. Kahekihis moodustavad fosfolipiidimolekulide hüdrofiilsed "pead" membraani ülemise ja alumise pinna, membraani hüdrofoobsed "sabad" on aga üksteise külge kinnitatud ja peidetud selle paksusesse. Membraanide oluliseks tunnuseks on kaksikkihi asümmeetria – selle sisemise ja välimise kihi lipiidide erinev koostis.Kakskihiline asümmeetria tekib ja säilitatakse lipiidide metabolismi ensüümide poolt. See tagab rakkudevahelise interaktsiooni – erütrotsüütide membraani fosfolipiidid uuendatakse tänu nende vahetusele vereplasma lipiididega. Päeva jooksul vahetub 25% kõigist membraani fosfolipiididest.
Valgud on membraani teine oluline komponent koos fosfolipiididega. Need erinevad lipiidide kaksikkihi sukeldumise astme poolest: mõned paiknevad pealiskaudselt, moodustades membraani välimise kihi; teised torkavad selle läbi; kolmas - toetage kaksikkihti tsütoplasma küljelt, moodustades sisemise kihi. Omavahel suheldes loovad valgud membraani raami, tagades selle tugevuse? Valkude ja lipiidide vahel on tihe seos. Lipiidid määravad valkude liikuvuse ning vastutavad membraanide plastilisuse ja deformeeritavuse eest.
Membraanvalkude põhiklasse esindavad integraalsed ja perifeersed valgud.
Integraalsed valgud on tihedalt seotud lipiidide kaksikkihiga, tungivad sellesse läbi ja läbi ning võivad sisaldada oma koostises lipiidide ja süsivesikute fragmente.
(Valk-3 on peamine integraalne valk. See, interakteerudes membraani siseküljel asuva ankürinoga "m>, loob tugeva sideme lipiidide kaksikkihi ja perifeersete valkude vahel. Valk-3 funktsioonid on järgmised: see on peamine anioonide kandja, See sisaldab saite glütseraldehüüdfosfaatdehüdrogenaasi, aldolaasi, hemoglobiini sidumiseks.Selle välispinnal on antigeenne süsteem, mis määrab erütrotsüütide rühmakuuluvuse.
Glükoforiinid moodustavad suuri sialoglükopeptiidmolekule: Glükoforiinide glükosüülitud osad, mis kannavad laetud rühmi või retseptoreid, aitavad kaasa nende levimisele membraanide pinnast väljapoole. Glükoforiin A suurendab transmembraansete valkude toimet, aitab kaasa tsütoskeleti tugevdamisele ja stabiliseerimisele.
Membraani ATPaasid - neid on 3. Na * -K + -ATPaas eemaldab Na + erütrotsüüdist ja viib sisse K +. Ca2+-ATP-aas – viib Ca2+ erütrotsüüdist välja, kui see on seotud kalmoduliini valguga. Ca2 * kontsentratsiooni suurenemisega tsütoplasmas paraneb kaltsiumipumba töö, välditakse membraani skeleti_1\^2+ -ATPaasi lagunemist, mis võib olla erütrotsüütide kuju muutuste modulaator. Kõigi membraani ATPaaside ülesanne on anda energiat ioonide aktiivseks transpordiks.
Perifeerseid valke iseloomustab väiksem kaksikkihti tungimise sügavus ja nõrk interaktsioon sellega.
Spektriin on membraani skeleti põhivalk.Viimase alla kuuluvad ka teised perifeersed valgud: aktiin, valk-4.1 ja valk-4.9 (seob aktiini). Kõik need paiknevad membraani tsütosoolsel pinnal ja moodustavad membraani skeleti aluse, millel on tugev jäik struktuur.
Atsetüülkoliinesteraas – ensüüm, mis katalüüsib atsetüülkoliini lagunemist) asub erütrotsüütide membraani välisküljel. Enamik glükolüüsi ensüüme on orienteeritud erütrotsüütide membraani tsütoskeletile.
Erütrotsüütide membraani moodustavad valgud täidavad paljusid funktsioone: tagavad tsütoskeleti tugevuse, kontrollivad transpordi-ATPaaside osalusel tsütoplasma ioonse koostise püsivust, osalevad bioloogiliselt aktiivsete ainete spetsiifilises äratundmises, reguleerivad rakusisest ainevahetust, määrata immuunomadused ja tagada ka raku energiavajadus.
Erinevalt teiste rakkude membraanidest on erütrotsüütide membraanil kõrge läbilaskvus C>2, CCL, HCO3, CG jaoks.Ta on halvasti läbitav Na +, K + katioonidele, mis aeglaselt läbivad transmembraanseid poore.
Imetajate erütrotsüüdid on tuumavabad moodustised, millel on väga madal sisemine hingamine. Ilma tuumata kulutab erütrotsüüt U2-d 200 korda vähem kui tuumarakud. Oi tarbimise vähenemine toob kaasa erütrotsüütide eluea pikenemise. Nende peamine energiaallikas on
vabaneb glükoos. Struktuuri säilitamiseks ja hemoglobiini stabiliseerimiseks vajalik energia tekib glükolüüsi ja pentoosi šundi abil.
1.5.Praktiliste tundide teemad
OSA 1. MEMBRAANI BIOFÜÜSIKA
1. 1. Bioloogilised membraanid. Struktuur, omadused.
Leiti, et aksonmembraani elektriline erimahtuvus, mõõdetuna rakusisese mikroelektroodiga, oli 0,5 mikrofaradi/cm2. Kasutades lamekondensaatori valemit, hinnake membraani hüdrofoobse kihi paksust dielektrilise konstandiga 2.
Kui suur on vahemaa erütrotsüütide membraani pinnal, mille fosfolipiidi molekul läbib külgdifusiooni tulemusena 1 sekundiga? Külgdifusiooni koefitsient on 10 -12 m 2 /s. Võrrelge erütrotsüüdi ümbermõõduga, mille läbimõõt on 8 mikronit.
Membraani fosfolipiidide faasisiirde ajal vedelkristallilisest olekust geeliks muutub kaksikkihi paksus. Kuidas muutub sel juhul membraani elektriline mahtuvus? Kuidas muutub elektrivälja tugevus membraanis?
Spin-märgistatud fosfolipiidimolekulide abil määrati viskoossuse gradient kogu membraani paksuse ulatuses. Kirjeldage endist katset. Kus on viskoossus suurem: membraani pinnal või selle keskel?
1.1.1. Bioloogilise membraani paksus:
10 A, 3. OD µm
10 nm 4. 10 µm
1.1.2. Bioloogilise membraani vedeliku mosaiikmudel sisaldab:
valgukiht, polüsahhariidid ja pinnalipiidid
lipiidide monokiht ja kolesterool
lipiidide kaksikkiht, valgud, mikrofilamendid
lipiidide kaksikkiht
1.1.3. Bioloogilise membraani lipiidne osa on järgmises füüsilises olekus:
vedel amorfne
tahke kristalne
tahke amorfne
vedelkristall
1.1.4. Aksonmembraani elektriline erimahtuvus:
1.1.5. Fosfolipiidmolekuli difusiooni ajal ühest tasakaaluasendist teise ülemineku iseloomulik ülekandeaeg:
1.1.6. Membraanide lipiidide kaksikkihi faasiüleminek vedelkristallilisest olekust geeliks kaasneb:
membraani hõrenemine
membraani paksus ei muutu
membraani paksenemine
1.2. Ainete transport läbi bioloogiliste membraanide.
Kontrollküsimused, ülesanded, seminaride ülesanded
1. Millistest parameetritest sõltub lipiidipoori kriitiline raadius membraanis?
2. Arvutage kriitilise pooride raadius membraanipotentsiaali puudumisel. Poori servapinevus 10 -11 N, lipiidide kaksikkihi pindpinevus 0,3 mN/m.
3. Kuidas muutub kaoiumioonide hõlbustatud difusioon valinomütsiini molekuli osalusel pärast membraani lipiidide faasisiiret vedelkristallilisest olekust geeliks?
4. Rakusisese mikroelektroodiga mõõdetud aksonmembraani elektriliseks erimahtuvuseks osutus 0,5 mikrofaradi/cm2. Kasutades lamekondensaatori valemit, hinnake membraani hüdrofoobse kihi paksust dielektrilise konstandiga 2.
Mudeli jälgimise testid
1.2.1. Ioonide transport toimub järgmises suunas:
1.2.2. Mitteelektrolüütide difusioonivõrrand (Fika) on kirjutatud:
2.3. Valinomütsiini molekul transpordib läbi membraani:
1.2.4. Aine ülekannet hõlbustatud difusiooni ajal võrreldakse lihtsa difusiooniga:
aeglasemalt
1.3. Bioelektrilised potentsiaalid.
Kontrollküsimused, ülesanded, seminaride ülesanded
Milline ioonide transport tekitab membraanipotentsiaalide erinevuse: passiivne või aktiivne?
Kumb on suurem: kas elektrilise signaali levimise kiirus mööda meretelegraafi juhtmeid või närviimpulsi levimise kiirus mööda aksonimembraani? Miks?
Selgitage mürgi Tetro-Dotoxin ja lokaalanesteetikumi tetraetüülammooniumi biofüüsikalist toimemehhanismi.
Kuidas korreleerub kalmaari aksonimembraani läbilaskvus erinevatele ioonidele puhkeolekus ja ergastuse ajal?
Kuidas muutub aktsioonipotentsiaali graafiku vorm, kui muudame keemilist koostist aksoni sees ja väljaspool: aksoplasma asendatakse rakuvälise vedelikuga ja rakuväline vedelik - aksoplasmaga?
Kui suur on elektrivälja tugevus membraanil puhkeolekus, kui kaaliumiioonide kontsentratsioon rakus on 125 mmol / l, väljaspool - 2,5 mmol / l ja membraani paksus on 8 nm?
(Vastus: 1,3 * 10 7 V / m.)
7. Arvutage aktsioonipotentsiaali amplituud, kui
kaaliumi ja naatriumi kontsentratsioon ergastava koe rakus
mitte kumbki vastavalt: 125 mmol / l, 1,5 mmol / l ja väljaspool
2,5 mmol/l ja 125 mmol/l.(Vastus: 160 mV.)
Mudeli jälgimise testid
1.3.1. Membraani potentsiaali f m nimetatakse:
1.3.2. Kasutatava intratsellulaarse elektroodi otsa läbimõõt jaoks membraanipotentsiaali mõõtmised:
proportsionaalselt raku suurusega
palju väiksem kui rakk
palju suuremad rakud
1.4. Tegevuspotentsiaali genereerimise mehhanism.
Kontrollküsimused, ülesanded, seminaride ülesanded
1. Kas ergastatava raku membraanil on võimalik protsess, mille suunas liiguvad samaaegselt erinevate sama laengumärgiga ioonide voolud?
2. Mis on väljendi tähendus
kardiomüotsüütide aktsioonipotentsiaali II faasi jaoks?
3. Mis on põhjus, et kanalit läbiv vool on diskreetne ja läbi membraani pidev, sujuvalt muutuv?
Mudeli jälgimise testid
1.4.1. Depolarisatsioonifaasis aksoni ergastamise ajal on Na + ioonide vood suunatud:
1. põrgu 2. bd 3. põrgu 4. 5. ag
1. 4.2. Aksonite repolarisatsioonifaasis on ioonivood suunatud:
1.ad 2.bd 3.be 4.d
4.3. Kardiomüotsüütide aktsioonipotentsiaali kestus võrreldes aksoni aktsioonipotentsiaaliga
1. suurem kui 2. väiksem kui 3. võrdne
4.4. Kardiomüotsüütide platoofaas määratakse ioonivoogude järgi:
1. Antonov V.F. Membraanide biofüüsika // Sorovsky haridusajakiri. - 1997. - T. - 6. S. 1-15.
2. Antonov V.F., Smirnova E.Yu., Ševtšenko E.V. Lipiidmembraanid faasimuutuste ajal. - M.: Nauka, 1992. - S. 125.
3. Klenchin V.A. bioloogilised membraanid. - 1993. - T. 10. -S. 5-19.
4. Chizmajaev Yu.A., Arakelyan V.B., Pastushenko V.F. Membraanide biofüüsika. - M.: Nauka, 1981. - S. 207-229.
5. Kotek A., Janacek K. membraani transport. M.: Mir, 1980.
6. Kergejalg E. Transpordinähtused elussüsteemides. M.: 1977.
7. Rubin A.B. Biofüüsika. M.: Kõrgem. Shk., 1987.
8. Bioloogilised membraanid: kogumine / Under. Ed. D.S. Parsons. Moskva: Atomizdat, 1978.
9. Membraan: ioonkanalid: laup. Art. M.: Mir, 1981.
10. Hills B.V. laup. Membraan: ioonkanalid. M.: Mir, 1981.
11. Südame füsioloogia ja patofüsioloogia. Under. toim. N. Sperelakis: M.: Meditsiin, 1998.
12. Inimese füsioloogia. Under. toim. Schmidt R. ja Tevs G. T. 1. M .: Mir, 1996.
OSA 2. RAKUDE JA ORGANITE BIOFÜÜSIKA
2. 1. Elundite elektriline aktiivsus.
Kontrollküsimused, ülesanded, seminaride ülesanded
1. Mis on samaväärse generaatori põhimõte? Tooge näiteid selle põhimõtte kasutamisest.
2. Miks on elektrokardiograafia pöördprobleem diagnostiline ülesanne, mitte otsene?
3. Millise mehhanismiga tekib elektripotentsiaalide kaart inimkeha pinnal?
4. Miks on vaja registreerida vähemalt 3 EKG lülitust, mitte näiteks ühte?
Mudeli jälgimise testid
2.1.1. EKG modelleerimisel eeldatakse, et dipoole ümbritsev keskkond
a. homogeenne a, heterogeenne
b. isotroopne b", anisotroopne
sisse. piiratud", lõpmatu
1.abc 2.a"b"c" 3.ab"c 4.abc"
2.1.2. Millest on tingitud südame integraalelektrivektori suuruse ja suuna muutused selle töötsükli jooksul?
südame vatsakeste kokkutõmbumine
südame erinevate struktuuride erutuslaine järjestikune katmine
kardiomüotsüütide metaboolne aktiivsus
aeglustades laine kiirust atrioventrikulaarses sõlmes
2.1.3. Miks ei ole samade EKG hammaste amplituudid erinevates juhtmetes samaaegselt samad?
erinevate juhtmete puhul integraalelektrivektori E _ väärtus
erinevates juhtmetes on vektori E pöörlemine erinev
vektori E projektsioonid erinevatel juhtmetel ei ole ühesugused
igal juhtmel on oma vektor E
2.1.4. Südame integraalne elektrivektor E kirjeldab silmuseid P, QRS, T:
1.horisontaalne
2.rindkere pinna tasapinnas
Z.mahuruumis XYZ
4. parema, vasaku käe ja vasaku jala punkte ühendavas tasapinnas
2.1.5 Registreeritud potentsiaalide erinevused
1. ag 2. olema 3. vg 4. dv
2.2. Autowave protsessid aktiivses meedias.
Kontrollküsimused, ülesanded, seminaride ülesanded
Mis on põhimõtteline erinevus autolainete vahel aktiivmeediumis ja mehaaniliste lainete vahel elastses keskkonnas?
Miks levib autolaine aktiivses keskkonnas ilma summutamata?
Kas aktiivses keskkonnas on täheldatud autolainete häireid?
Millest sõltuvad automaatlaine parameetrid aktiivses kandjas?
Müokardi piirkonna rakkude lävipotentsiaal on - 30 mV. Selle piirkonna rakkude transmembraanne potentsiaal jõudis mingil ajahetkel väärtuseni 40 mV. Kas erutuslainet saab edastada läbi selle müokardi piirkonna?
Mudeli jälgimise testid
2.2.1. Ergastuslaine (autolaine), mis levib läbi aktiivse keskkonna (näiteks läbi müokardi struktuuri), ei lagune:
energia ülekandmisega ühest rakust teise
tuvastab iga raku salvestatud energia vabanemise
müokardi kontraktsiooni mehaanilise energia ülekande tulemusena
elektrivälja energia kasutamise tulemusena
2.2.2 Ergastuse lainepikkus aktiivses keskkonnas sõltub:
a. kardiomüotsüütide aktsioonipotentsiaali amplituudid
b. müokardi kaudu leviva laine kiiruse kohta
sisse. südamestimulaatori pulsisageduse kohta
nt ergastuse tulekindla perioodi kestusest
rakud1. ab 2. bg 3. cg 4. ag
2.2.3. Kestusega X autolaine (taassisenemine) ringlemine perimeetriga / võib toimuda järgmistel tingimustel:
2.2.4. Kui mittehomogeenses aktiivses keskkonnas on tsoonid refraktiivsusega R 1 ja R 2 (R 2 > R:) ja südamestimulaatori impulsid järgnevad perioodiga T, siis võib rütmimuundumine toimuda tingimusel:
1. T
R13.T = R2-R1 2.3. Lihaste kokkutõmbumise biofüüsika.
Kontrollküsimused, ülesanded, seminaride ülesanded
Miks on isomeetrilisel kontraktsioonil erinev sõltuvuse vorm F(t) erinevatel lihaste algpikkustel?
Kas V(P) Hilli kõvera järgi on võimalik määrata lihase maksimaalset koormust?
Kas lihaste kokkutõmbumise efektiivsus suureneb selle lihase soojuse tootmise suurenemisega?
Millised on kardiomüotsüütide ja skeletilihaste elektromehaanilise sidumise erinevused?
Mudeli jälgimise testid
2.3.1. Lihaste kokkutõmbumise ajal:
a. aktiini filamendid libisevad mööda müosiini sarkomeeri
b. müosiin surub kokku nagu vedru
sisse. sillad kinnituvad aktiini aktiivsetele kohtadele
d) sillad lahti
1. av 2. bg 3. bv 4. ag
2.3.2. Lihase poolt tekitatud kokkutõmbumisjõu määrab:
1. aktiivne keerme pikkus
2 ühe silla tekitatud jõumuutus
samaaegselt suletud sildade arv
müosiinfilamendi elastsus
2.3.3. Ühe lihase kontraktsiooni kiiruse v sõltuvus koormusest P on järgmine:
2.3.4. Elektromehaaniline sidestus määratakse järgmise sündmuste ahelaga:
a. Ca 2+ ioonide vabanemine müofibrillidele
b. rakumembraani ergastamine
sisse. Ca 2+ ioonide aktiivne transport sarkoplasmaatilisesse retikulumi
d) sildade sulgemine aktiini aktiivsetesse keskustesse
e) aktiini libisemine sarkomeeri
1. Inimese füsioloogia. T. 2. M.: Mir, 1996.
2. Vassiljev V.A., Romanovski Yu.N., Yakhno V.G. Autowave protsessid. Moskva: Nauka, 1987.
3.Ivanitski G.R., Krinski V.I., Selkov E.E. Raku matemaatiline biofüüsika. Moskva: Nauka, 1978.
4. Chernysh A.M. Südamelihase ebahomogeensuse biomehaanika. Moskva: Nauka, 1993.
5. Bendol J. Lihased, molekulid ja liikumine. M.: Mir, 1989.
OSA 3. KOMPLEKSSÜSTEEMIDE BIOFÜÜSIKA
3.1. Biofüüsikaliste protsesside modelleerimine.
Kontrollküsimused, ülesanded, seminaride ülesanded
Kui kaua pärast süstimist jääb verre 10% ravimi algmassist, kui erituskonstant k = 0,3 (1/tunnis)?
Kahe erineva ravimi eritumiskonstandid erinevad kahekordselt. Joonistage nende kahe juhtumi puhul kvalitatiivsed graafikud ravimi massi muutuste kohta veres süstimise ajal. Mitu korda erinevad eritumiskiirused, kui t = O?
Mõni aeg pärast patsiendi tilgutisse panemist (kui ravimi kontsentratsioon jõudis statsionaarse tasemeni), tehti talle süst. Joonistage kvalitatiivne graafik ravimi massi muutumisest ajas.
Mudeli jälgimise testid
3.1.1. Kiskja-saagi mudel näitab, et kiskjate ja saakloomade populatsioonid teostavad harmoonilisi võnkumisi. Kas nende võnkumiste sagedused ja faasid on samad?
a. sagedused on samad. faasid on samad
b. sagedused on erinevad d faasid on erinevad
1. av 2. bc 3. ag 4. bg
3.1.2. Milline mudel on piisav rakkude elektrogeneesi uurimiseks?
1. liposoom 2. kahekihiline lipiidmembraan
3. kalmaari akson 4. Frank mudel
3.2. Vereringesüsteemi biofüüsika.
Kontrollküsimused, ülesanded, seminaride ülesanded
Haridus- ja metoodiline kompleks distsipliini "majanduse riiklik reguleerimine" kohta
Koolitus- ja metodoloogiakompleks... hariv-metoodilinekeerulinepealdistsipliini"MAJANDUSE RIIKLIK REGULEERIMINE" UFA -2007 Majanduse riiklik reguleerimine: hariv-metoodilinekeeruline... majandusteadused hariv-metoodilinekeerulinepealdistsipliini"Riik...
Haridus- ja metoodiline kompleks üldise erialase koolituse distsipliinis "bioloogia õpetamise teooria ja meetodid" eriala "050102 65 - bioloogia"
Koolitus- ja metodoloogiakomplekshariv-metoodilinekeerulinepealKoolitus- ja metodoloogiakompleks
... __________________________________________________________ (Täisnimi.) hariv-metoodilinekeerulinepealdistsipliini Arvutite ja ... Samme G.V. hariv-metoodilinekeerulinepealdistsipliini Arvutite ja süsteemide korraldus (nimi distsipliinid) koostatud...
Laeva raadius on poole võrra vähenenud. Mitu korda muutub mahuline verevoolu kiirus pideva rõhulanguse korral?
Arvutage vererõhk 5 cm kaugusel veresoone algusest, kui veresoone alguses on rõhk 10 4 Pa, selle raadius on 1 mm, vere viskoossus on 0,005 Pa s, veresoone joonkiirus on veri on 20 cm/s.
Mitu korda muutub rõhu languse kiirus diastooli alguses, kui väikeste veresoonte hüdrauliline takistus suureneb 20%?
Mitu korda on aordilõigu (aordi raadius 1,25 cm) hüdrauliline takistus väiksem sama pikkusega arterilõigu (arteri raadius 2,5 mm) hüdraulilisest takistusest? Vere viskoossus arteris on 0,9 aordi vere viskoossusest.
Mitu korda peaks vererõhk tõusma suure veresoone alguses, et selle luumeni ahenemisel 30% jääks rõhk veresoone väljalaskeava juures ja mahuline verevoolu kiirus samaks? Ahenemise puudumisel on rõhulang anumas 0,2 anuma alguses olevast rõhust.
bioloogias, pediaatriateaduste kandidaat, dotsent Osipova I.V. metoodiline juhised õpilasele pealõppimine distsipliinidDistsipliin"Koolivälise õppe metoodika ...
Veri ja erütrotsüüdid. Jätkame vereteemaliste materjalide avaldamist.
Kuidas erütrotsüüt välja näeb? Normaalsetes füsioloogilistes tingimustes vereringes on erütrotsüüdid kaksiknõgusa kujuga, mille servad on ühtlaselt paksenenud ja mille keskosa on kergem - pellor.
Valgusoptilises uuringus on normaalsel erütrotsüüdil, mida tavaliselt värvitakse happevärvidega, ketta kuju, mille läbimõõt on 6,9–7,7 ja kuni 9,0 mikronit. Sõltuvalt suurusest jagunevad erütrotsüüdid mikro- ja makrotsüüdideks, kuid enamikku neist esindavad normotsüüdid / diskotsüüdid.
Erütrotsüütide morfofunktsionaalsed omadused
Erütrotsüüt on tuumavaba kaksiknõgus rakk, mille keskmine maht on 90,0 µm 3 ja pindala 142 µm 2 . Selle suurim paksus on 2,4 µm, minimaalne on 1 µm.
Kuivatatud preparaadis on erütrotsüüdi keskmine suurus 7,55 µm; 95% selle kuivainest langeb rauda sisaldavale valgule hemoglobiinile ja ainult 5% muude ainete (muud valgud ja lipiidid) osakaalule. Sellised rakud moodustavad absoluutse enamuse – üle 85% – tervete inimeste erütrotsüütidest.
Erütrotsüütide idu tuumavormid on enamikust leukotsüütide seeria rakkudest kergesti eristatavad, kuna nende tsütoplasmas puuduvad graanulid (vead on võimalikud ainult blastrakkude tuvastamisel). Erütroblastidele on iseloomulik teralisem ja tihedam tuumakromatiin.
Erütrotsüütide ketta tsentraalne õõnsus (pellor) moodustab 35–55% selle pinnast ja ristlõikelt on erütrotsüüt sõõriku kujuga, mis ühelt poolt tagab hemoglobiini säilimise ja teisest küljest laseb erütrotsüüdil läbida ka kõige õhematest kapillaaridest. Praegu saadaval olevad erütrotsüütide struktuuri mudelid vastavad selle raku spetsiifiliste omaduste kontseptsioonile, eriti selle membraanile, mis hoolimata tundlikkusest deformeeriva rõhu suhtes tagab paindekindluse ja kogupinna suurenemise.
Kirjanduse andmed näitavad, et erütrotsüütide membraani suurus ja deformeeritavus on nende olulisemad omadused, mis on seotud nende rakkude normaalse funktsioneerimisega, sealhulgas kõrge migratsioonivõimega, osalemisega ainevahetusprotsessides (eelkõige hapnikuvahetuses).
Muutused erütrotsüütide mikroelastomeetrilistes omadustes ja diskotsüütide "transformatsioon" muudeks morfoloogilisteks vormideks võivad olla põhjustatud mitmesugustest mõjuritest. Seega põhjustab pindmiste väljakasvude ilmnemine membraani elastsuse vähenemist, mis võib olla tingitud vastupidistest jõududest, mis tekivad erütrotsüütide deformatsiooni protsessis; deformatsioon suureneb koos ATP kontsentratsiooni vähenemisega rakkudes.
Kui rakumembraani terviklikkust rikutakse, kaotab erütrotsüüt oma iseloomuliku kuju ja muutub sferoplastiks, mis omakorda hemolüüsitakse. Erütrotsüütide membraani (diskotsüüdi) struktuur on läbivalt sama; ja hoolimata asjaolust, et selle erinevates osades võivad tekkida lohud ja punnid, ei põhjusta rakusisese või ekstratsellulaarse rõhu muutused ± 15% ulatuses kogu raku kortsumist, kuna sellel on märkimisväärne "deformeerumisvastane" varu. . Erütrotsüütide membraanil on piisav elastsus, et taluda erinevate tegurite mõju, mis tekivad erütrotsüütide vereringes ringlemisel.
Erütrotsüütide membraani koostis sisaldab: fosfolipiide (36,3%), sfingomüeliine (29,6%), kolesterooli (22,2%) ja glükolipiide (11,9%). Esimesed kaks elementi on vesikeskkonnas olevad amfifiilsed molekulid, mis moodustavad iseloomuliku lipiidide kaksikkihi, mis on läbi imbunud ka erütrotsüüdi sees ja selle tsütoskeletiga seotud valgu molekulidega.
Membraanlipiidid on vedelas olekus, madala viskoossusega (ainult 10-100 korda vee viskoossus). Lipiidid, siaalhape, antigeensed oligosahhariidid, adsorbeeritud valgud asuvad membraani välispinnal; membraani sisepinda esindavad glükolüütilised ensüümid, naatrium ja kaltsium, ATPaas, glükoproteiinid ja hemoglobiin.
Membraani topeltlipiidkiht täidab kolme funktsiooni: ioonide ja molekulide barjääri funktsioon, retseptorite ja ensüümide (valgud, glükoproteiinid, glükolipiidid) funktsioneerimise struktuurne alus ning mehaaniline. Spetsiaalse hingamisfunktsiooni - hapniku või süsinikdioksiidi ülekandmise - rakendamisel mängivad peamist rolli lipiidide kaksikkihti "manustatud" membraanivalgud. Küpsed erütrotsüüdid ei ole võimelised sünteesima nukleiinhappeid ja hemoglobiini; neid iseloomustab madal ainevahetus, mis tagab nende rakkude piisavalt pika eluea (120 päeva).
Erütrotsüüdi vananedes selle pindala väheneb, samas kui hemoglobiinisisaldus jääb muutumatuks. On kindlaks tehtud, et "küpses" eas säilitavad erütrotsüüdid püsiva keemilise koostise pikka aega, kuid rakkude vananedes kemikaalide sisaldus neis järk-järgult väheneb. Erütrotsüütide tsütoskeleti moodustavad ja seda kontrollivad mitmegeenilised ja membraaniga seotud valkude "perekonnad", mis korraldavad spetsiaalseid membraanidomeene, mis säilitavad selle kõrgelt spetsialiseerunud raku funktsiooni ja kuju.
Erütrotsüütide elektriline potentsiaal
Erütrotsüütide membraan sisaldab 50% valku, kuni 45% lipiide ja kuni 10% süsivesikuid. Tervete rakkude pinnal määrab laengute "võrgu" jaotuse siaalhapet (neutraamhapet) sisaldav glükoproteiin, mis määrab kuni 62% raku pinna negatiivsest laengust.
Arvatakse, et iga elektrilaeng vastab 1 selle happe molekulile. Sialhappe kadu erütrotsüütide pinnalt põhjustab selle elektroforeetilise liikuvuse (EPM) vähenemist ja katioonide transpordi pärssimist. Järelikult on raku pinnal katioonsete ja anioonsete rühmade poolt määratud laengute "mosaiik", mille suhe määrab erütrotsüütide kogu elektrilaengu.
Homöostaasi optimaalse seisundi säilitamiseks peab vererakkudel olema stabiilne laeng. EFP kõrge stabiilsuse tagab peen selle regulatsioonimehhanism – lipiidide peroksüdatsiooni (LPO) protsesside tasakaal erütrotsüütide membraanides ja antioksüdantsüsteemi kaitsev toime.
Empiiriliselt on kindlaks tehtud, et erütrotsüütide membraanil paiknevad antikehade retseptorid ning nende vähesel määral esinemine pinnal võib häirida normaalseid füsioloogilisi funktsioone organismis ja muuta erütrotsüütide EFP-d. See võib mõjutada hemoglobiini taset viimases, kuna hemoglobiini ja EFP sisaldus on rangelt kooskõlastatud.
Samuti tuleb arvestada, et negatiivsete tegurite äärmuslikul mõjul kehale mõjutavad lipiidide peroksüdatsiooniproduktid erütrotsüütide elektrokineetilisi omadusi. See omakorda peegeldub nende membraanide peroksiidiprotsesside kiiruses.
Tänu sarnaselt laetud erütrotsüütide rakkude elektrostaatilisele tõrjumisele (Tšiževski järgi "levitatud") liiguvad viimased vabalt läbi veresoonte, täites oma hapniku transportimise funktsiooni. Seetõttu võib laengu stabiilsuse rikkumist pidada keha patoloogiliste muutuste lahutamatuks näitajaks.
2. Millise vahemaa läbib erütrotsüütide membraani pinnal fosfolipiidimolekul külgdifusiooni tulemusena 1 sekundiga? Võtke külgdifusioonikoefitsient 10–12 m2/s. Võrrelge 8 µm läbimõõduga erütrotsüütide ümbermõõtu.
3. Membraani fosfolipiidide faasisiirde ajal vedelkristalllisest olekust geeliks muutub kaksikkihi paksus. Kuidas muutub sel juhul membraani mahtuvus? Kuidas muutub elektrivälja tugevus membraanis?
4. Kuidas muutub membraani elektriline mahtuvus (spetsiifiline) selle üleminekul vedelkristallolekust geeliks, kui see on teada
5. Arvutage sarkoplasmaatilise retikulumi settinud eluea aeg ja hüpete sagedus ühest membraanikihist teise lipiidmembraani, kui külgdifusiooni koefitsient D=12 µm 2 /s, ühe fosfolipiidi molekuli A= hõivatud pindala 0,7 nm 2.
6. Arvutage läbilaskevõime koefitsient ainele, mille voog läbi membraani on mol/m. Aine kontsentratsioon rakus ja väljaspool - mol / l.
7. Mitu korda peab kaaliumiioonide rakusisene kontsentratsioon ületama välist, et puhkepotentsiaal oleks 91mV. Arvutage raku temperatuur.
8. Arvutage aine jaotuskoefitsient K, kui membraani paksuse 10 nm korral on difusioonikoefitsient 7,2 * 10 cm ja läbilaskvustegur 14 cm / s.
9. Aine molekulide kontsentratsiooni erinevus teatud raku membraanil on 48 mmol / l, jaotuskoefitsient membraani ja keskkonna vahel on 30, difusioonikoefitsient on 1,5 * 10, voo tihedus on 25 mol / m. Arvutage selle membraani paksus.
10. Leidke formamiidi Mycoplasma plasmamembraani läbilaskvuskoefitsient, kui selle aine kontsentratsioonide erinevusel membraanis ja väljaspool on 0,5 * 10, selle voolutihedus läbi membraani on 8 * 10 cm / s .
17. Lipiidipoori kriitiline raadius membraanis oleneb poori servapingest , membraani pindpinevusest ja membraani potentsiaalist . Tuletage kriitilise pooride raadiuse valem. Arvutage kriitiline pooride raadius membraanipotentsiaali puudumisel. Poori servapingeks võetakse 10 - 11 N, lipiidide kaksikkihi pindpinevuseks 0,3 mN/m.18. Membraani fosfolipiidide faasisiirde ajal vedelkristalllisest olekust geeliks muutub kaksikkihi paksus. Kuidas muutub sel juhul membraani mahtuvus? Kuidas muutub elektrivälja tugevus membraanis?
19. Membraani fosfolipiidide faasisiirde ajal vedelkristalllisest olekust geeliks muutub kaksikkihi paksus. Kuidas muutub sel juhul membraani mahtuvus? Kuidas muutub elektrivälja tugevus membraanis?20. Kuidas muutub membraani elektriline mahtuvus (spetsiifiline) selle üleminekul vedelkristallolekust geeliks, kui on teada, et vedelkristalli olekus on hüdrofoobse kihi paksus 3,9 nm ja geelis olek - 4,7 nm. Lipiidide dielektriline konstant 2.
21. Inimvere osmootne rõhk on 0,77 MPa. Mitu mooli NaCl soola peaks isotooniline soolalahus sisaldama 200 ml vees temperatuuril 37 0 C?
22. Kui sama proovi NMR-spekter uuesti registreeriti, muutus temperatuur, spektri jooned muutusid kitsamaks. Millises suunas temperatuur muutus: langes või tõusis?
23. Leidke elektromagnetlaine pikkus, mille juures EPR tekib magnetväljas, mille magnetinduktsioon on 0,3T. Võtke Lande'i tegur võrdne kahega.
24. Vool kulgeb piki kontuuri raadiusega 0,5 m. Leidke selle voolu tugevus, kui on teada, et vooluringi B magnetmoment.
26. Määrake alasti inimese soojuskiirgusvõimsus S = 1 m 2 kehapinnast, kui naha temperatuur on t 1 = 30 0 C, keskkond on t 2 = 20 0 C. Naha neeldumistegur k = 0,9
27. Inimkeha kiirgusintensiivsus tõusis 2,62%. Mitme protsendi võrra temperatuur tõusis?
28. Määrake inimese keha energiaheleduse maksimaalsele spektraaltihedusele vastav lainepikkus, pidades seda halliks kehaks. Naha temperatuur t=30 0 C.
29. Määrake ainete loomulik molaarne neeldumisindeks, kui selle kontsentratsioonil lahuses c = 0,03 mol / l on lahuse optiline tihedus D = 1. Küveti pikkus l= 2 cm.
30. Jälgides mikroskoobi all punaste vereliblede liikumist kapillaaris, saate mõõta verevoolu kiirust (). Keskmine verevoolu kiirus aordis on. Nende andmete põhjal määrake, mitu korda on kõigi toimivate kapillaaride summa suurem kui aordi ristlõige.
31. Arvutage elektronmikroskoobi eraldusvõime piir z, kui selles on kiirenduspinge U=100 kV, avanurk on u=10 -2 rad.
32. Arvutage vere viskoossus normaalse hematokriti juures (c=45%), kui plasma viskoossus on
33. Arvutage maksimaalne vere minutimaht Qmax, mille juures verevool aordis jääb laminaarseks. Aordi läbimõõt d=2 cm, vere viskoossus , tihedus , kriitiline Reynoldsi arv Re kr =2000.
34. Pulsilaine levimise kiirus läbi arteri on v=10 m/s. Määrake arteri elastsusmoodul E, kui selle seina paksus h = 0,7 mm, siseläbimõõt d = 8 mm, vere tihedus
35. Aordi raadius on 1,0 cm; verevoolu kiirus aordis on 30 cm/s. Kui suur on verevoolu kiirus kapillaarides, kui kapillaaride kogu ristlõikepindala on 2000 cm 2 . (Iga kapillaari läbimõõt on , ja kapillaaride arv on üle miljoni).
36. Meditsiinis kasutatakse Doppleri efekti üksikute bioloogiliste struktuuride (näiteks veri, südameklapid) liikumiskiiruse määramiseks. Kuidas on liikuvalt objektilt peegelduva ultraheli signaali sageduse muutus seotud selle kiirusega?
37. Horisontaalselt paikneva süstla kolvile rakendatakse jõudu F = 10 N. Määrake süstlanõelast ravimi väljavoolu kiirus v, kui ravimi tihedus on , kolvi läbimõõt on d = 7 mm ja selle pindala on palju suurem kui nõela ristlõikepindala.
38. Millise kiirusega v hõljub glütseriiniga täidetud anumas õhumull läbimõõduga d = 4 mm? Glütseriini kinemaatiline viskoossus, selle tihedus on palju suurem kui õhul.
39. Mõne haiguse korral muutub veresoonte kriitiline Reynoldsi arv võrdseks 1160-ga. Leia vere liikumise kiirus, mille juures on 2 mm läbimõõduga veresoones võimalik üleminek laminaarselt voolult turbulentsele.
40. Helitugevuse tase on 120 foni ja vaikne vestlus - samal kaugusel - 41 ph. Määrake intensiivsuste suhe.
42. Helitugevus 10-2 W/m2. Leia helirõhk, kui keskkonna (õhu) akustiline takistus on 420 kg/m2s.
43. Määrata helirõhu amplituudiväärtus puhtale toonile sagedusega 1000 Hz, mille juures võib trummikile puruneda, kui rebend toimub helitugevuse tasemel L E = 160 phon. (Vastus väljendatakse paskalites ja atm-des.)
44. Ravimitoorme kuumtöötlemise paigaldises olev elektrikeris aurustab 10 minutiga 1 liitri vett, viskoosset temperatuuril 20 0 C. Määrake 0,5 mm 2 ristlõikega nikroomtraadi pikkus, arvestades, et paigaldise toide on 120 V ja selle kasutegur on 80% ?
45. Aspiriini lahust mitteabsorbeerivas lahustis läbiva valguse intensiivsus väheneb neeldumise tõttu kolm korda. Aspiriini molekulide kontsentratsioon n 0 =10 20 m -3. Valguse tee lahuses = 150 mm. Määrake aspiriini efektiivne absorptsiooni ristlõige.
46. Määrake pulsilaine faasierinevus arteri kahe üksteisest kaugel asuva punkti vahel, arvestades pulsilaine kiirust v = 10 m / s, südame võnkumised on harmoonilised sagedusega = 1,2 Hz.
49. Lihaskoe soojendamiseks rakendatakse lameelektroodidele pinge amplituudiga U 0 \u003d 250 V ja sagedusega \u003d 10 6 Hz. Ahela selle lõigu aktiivtakistus R=10 3 Ohm; mahtuvus C= F. Määrata elektroodidevahelises koe mahus eralduv soojushulk võnkeperioodil T ja protseduuri ajal t=10 min.
50. Iontoforeesi kasutatakse ravimite toomiseks inimkehasse. Määrake patsiendile aja jooksul t = 10 min voolutihedusega 0,05 mA/cm 2 S = 5 cm 2 pindalaga elektroodilt manustatud ravimaine üksikult ioniseeritud ioonide arv.
EKSAMIKÜSIMUSED
bioloogilised membraanid. Bioloogiliste membraanide tüübid ja nende funktsioonid.
Membraanilipiidide tüübid ja nende omadused. Kahekihilised lipiidide struktuurid.
Kolesterool. Lipiidide dünaamika membraanis. Faasiüleminekud membraanis.
membraani valgud. Membraanvalkude tüübid ja funktsioonid.
Bioloogiliste membraanide struktuur.
kunstlikud membraanid. Liposoomid.
Membraanide struktuuri uurimise meetodid.
Kapillaarnähtused, nende tähendus bioloogias ja meditsiinis. gaasiemboolia.
Ainete transport läbi bioloogiliste membraanide Ainete rakku tungimise viisid.
Transpordi liigid. lihtne difusioon.
Mitteelektrolüütide transport läbi bioloogiliste membraanide.
Passiivse transpordi põhimehhanismid.
Ioonide transport. Ainete ioontransport kanalites.
Bioloogiliste membraanide läbilaskvuse mehhanismid. Ioonikanalite ja -kandjate ehitus ja funktsioonid. Elektrogeneesi mehhanismid.
Aktiivne transport läbi bioloogiliste membraanide.
Membraanide elektrokeemiliste potentsiaalide molekulaarsed mehhanismid ja närviimpulsi levik piki ergutavat kiudu.
Elektrilise erutuvuse mõiste . Puhkepotentsiaalid .
Membraanipotentsiaali mõõtmise meetodid. Mikroelektroodi tehnoloogia.
tegevuspotentsiaal . Aktsioonipotentsiaali tekke ja leviku mehhanism.
Membraanide elektromehaaniliste potentsiaalide molekulaarsete mehhanismide uurimise meetodid.
Närviimpulsi levik mööda erutuvat kiudu.
Biomeditsiinilise teabe andurid. Andurite tüübid.
Andurite otstarve ja klassifikatsioon, omadused.
Termoelektrilised nähtused metallides ja pooljuhtides.
Termoandurite kalibreerimine ja aine temperatuuri määramine.
Elektroodid bioelektrilise signaali võtmiseks.
Ioonvoolud Hodgkin-Huxley mudelis.
Ioonikanalid rakumembraanides. Ioonkanali struktuur.
Kardiomüotsüütide aktsioonipotentsiaali tekkemehhanism.
membraanipotentsiaalid. Südameraku aktsioonipotentsiaal.
Elektrokardiograafia füüsiline alus. Seade, elektrokardiograafi tööpõhimõte .. EKG salvestamise põhilised lähenemisviisid.
EKG registreerimine ja analüüsi põhimõtted.
Elektroentsefalograafia. EEG põhirütmid. nende funktsionaalne tähtsus.
EEG registreerimine ja analüüsi põhimõtted. funktsionaalsed testid.
Püramiidsete neuronite elektrilise aktiivsuse peamised tüübid.
37. Molekulide energiatasemed (molekulide elektrooniline, vibratsiooni- ja pöörlemisenergia).
38. Elektroonilised üleminekud valguse neeldumisel.
39. Mõnede bioloogiliselt oluliste ühendite molekulide neeldumisspektrid.
40. Fotobioloogiliste protsesside uurimise meetodid spektrite abil.
41. Spektrofotomeetrite seade ja tööpõhimõte .
42. Spektrofotomeetriliste uurimismeetodite uurimine ainete kontsentratsiooni määramiseks bioloogilistes vedelikes.
43. Bioloogiliste süsteemide luminestsents.
44. Luminestsents. Erinevat tüüpi luminestsents.
45. Fotoluminestsents. Stokesi reegel.
46. Fluorestsentsi kvantsaagis. Kolmiktase ja fosforestsents.
47. Bioloogiliste objektide fotoluminestseeruv kvalitatiivne ja kvantitatiivne analüüs.
48. Fluorestsentsmikroskoopia. Kemiluminestsents, kemoluminestsentsi tekitamise mehhanism
49. Fotobioloogiliste protsesside esmased etapid.
50. Fotobioloogilise toime spektrid.
51. Primaarsete fotobiokeemiliste reaktsioonide produktide uurimine.
52. Vabade radikaalide oksüdatsioon.Valkude esmased fotokeemilised reaktsioonid.53. DNA fotokeemiline transformatsioon.
54. Suure intensiivsusega laserkiirguse toime tunnused DNA-le.
55. Fotoreaktiveerimine ja fotokaitse.
56. Ultraviolettkiirguse toime bioloogilistele membraanidele.
57. Fotosensibiliseeritud fotobioloogilised protsessid.
58. Bioloogiliste objektide uurimine mikroskoopias.
59. Bioloogiliste objektide mikroskoopia erimeetodid
60. Mikroskoobi optiline süsteem, objekti kujutise loomine.
61. Optilise mikroskoobi suurenduse valem.
62. Lihaste kokkutõmbumise biofüüsika . Liugkeerme mudel.
63. Lihase biomehaanika. Hilli võrrand.
64. Ühekordse kokkutõmbumise võimsus. Lihaste kontraktsiooni simulatsioon.
65. Elektromehaaniline liides
66. Vereringesüsteem (arterid, veenid). Vereringe mehhanism
67. Vere liikumine suurtes veresoontes.
68. Verevoolu korraldus mikroveresoontes.
69. Vererakkude liikumine kapillaarides.
70. Vere reoloogilisi omadusi määravad tegurid.
71. Erütrotsüütide orientatsiooni vormid kapillaarides.
72. Verevoolu läbi veresoonte hemodünaamilised mustrid.
73. Vere liikumise üldised füüsikalised ja matemaatilised mustrid vereringes.
74. Erinevate elundite ja kudede reograafia . Vereringe uurimise meetodid.
75. Eograafilise kõvera registreerimise meetodid ja analüüsi põhimõtted. Integraalne ja piirkondlik reograafia.
76. Löögi ja minutiheite kaudse registreerimise meetodid. Arvutiga integreeritud reograafia.
77. Heli ja bioloogiliste kudede vastasmõju füüsikalised alused.
78. Meditsiiniseadmete ja -seadmete klassifikatsioon.
79. Energiavormid, mis muundatakse mõõtemuunduris.
80. Raviotstarbelised meditsiiniseadmed.
81. Terapeutilised elektroonilised meditsiiniseadmed.
82. Kõrgsagedusravi meetodid (HF, UHF, mikrolaineahi jne) ja nende biofüüsikalised toimed.
83. UHF-raviaparaadi seade ja selle tööpõhimõte.
84. Alalisvoolu kasutamisel põhinev ravitehnika
85. Galvaniseerimisaparaadi seade ja tööpõhimõte. Tsingimise füüsikalised alused
86. Fotoelektrilised muundurid.
87. Meditsiinilise introskoopia tehnilised põhivahendid.
88. Andurite konstruktsioonid ja nende peamised omadused.
89. Välise hingamise funktsiooni mõõtmise seadmed
90. Rindkere liigutuste registreerimine hingamisliigutuste ajal. Pneumograafia, spiromeetria, spirograafia.
Praktiliste oskuste loetelu
registreerida EEG., RG
registreerida EKG standardjuhtmetes;
oskama selgitada EKG nähtuste tekkelugu ja nende tuvastamise meetodeid.
õppida koostama elektrokardiograafilist diagnoosi.
registreerida füüsilised parameetrid,
mõõtetulemusi töödelda arvutusvahendeid kasutades;
mõõta fotomeetriliste instrumentide abil ainete kontsentratsiooni.
lahendada bioloogilise objekti ja tehniliste vahendite optimaalse sidumise probleem biomeditsiinilistes uuringutes;
valida õigeid tehnilisi vahendeid meditsiiniliste probleemide lahendamisel
1. Sellest järeldati, et erütrotsüütide membraan koosneb lipiidimolekulidest, mis on paigutatud kahte kihti.
Ilmselt osutus see Gorteri ja Grendeli järeldus õigeks ainult vigade vastastikuse kompenseerimise tõttu, kuid ajaloolises plaanis oli sellel tööl suur tähtsus, kuna sellest ajast saadik on lipiidide kaksikkihi kontseptsioon bioloogilise struktuuri alusena. membraanid on muutunud domineerivaks ja osutus tegelikult õigeks.
Bimolekulaarse lipiidmembraani kontseptsiooni arendati edasi 1935. aasta Devson-Danielli mudelis ehk "sandwich" mudelis, mille puhul eeldati, et valgud katavad lipiidide kaksikkihi pinna. See oli ebatavaliselt edukas mudel ja järgmise 30 aasta jooksul kinnitasid arvukad eksperimentaalsed andmed, eriti need, mis saadi röntgendifraktsiooni ja elektronmikroskoopia abil, selle adekvaatsust. Kuid samal ajal avastati, et membraanid täidavad tohutult erinevaid funktsioone ning selle nähtuse selgitamiseks muudeti Devson-Danielli algset mudelit korduvalt.
Membraanoloogia kiire areng, mille tulemuseks on moodsate kontseptsioonide kujunemine, on saavutatud suuresti tänu edusammudele membraanivalkude omaduste uurimisel. Elektronmikroskoopilised uuringud külmutus-lõhustamise meetodil näitasid, et membraanidesse on põimitud kerakujulised osakesed. Vahepeal õnnestus pesuaineid kasutavatel biokeemikutel membraanid dissotsieerida funktsionaalselt aktiivsete "osakeste" olekusse. Spektriandmed näitasid, et membraanivalke iseloomustab suur a-heeliksite sisaldus ja tõenäoliselt moodustavad need gloobulid, mitte ei jaotu lipiidide kaksikkihi pinnal monokihina. Membraanivalkude mittepolaarsed omadused viitasid hüdrofoobsete kontaktide olemasolule valkude ja lipiidide kaksikkihi sisemise mittepolaarse piirkonna vahel. Samal ajal töötati välja meetodid, mis võimaldasid paljastada lipiidide kaksikkihi voolavust. Singer ja Nicholson viisid kõik need ideed kokku, et luua sujuv mosaiikmudel. Selles mudelis on membraan kujutatud vedela fosfolipiidi kaksikkihina, millesse on sukeldatud vabalt hajuvad valgud. Vana Devson-Danielli mudel oli staatiline ja selgitas edukalt sel ajal kättesaadavaid struktuurseid andmeid, mis saadi üsna madala eraldusvõimega. Samal ajal on alates 1970. aastast palju tähelepanu pööratud dünaamiliste omaduste ja nende seoste uurimisele membraani funktsioonidega. Viimastel aastatel on muudetud ka vedeliku mosaiikmudelit ja see protsess jätkub. Eelkõige on nüüdseks selgeks saanud, et mitte kõik membraanivalgud ei difundeeru vabalt vedelas lipiidide kaksikkihis. On andmeid külgmiste j-domeenide olemasolu kohta membraanis endas. Samuti uuritakse hoolikalt tsütoskeleti rolli. Üha selgemaks saab, et mõned membraanide osad näivad oma struktuurilt erinevat klassikalisest lipiidide kaksikkihist. Sellegipoolest on vedeliku mosaiikmudel selle erinevates modifikatsioonides lähitulevikus paljude membraaniuuringute kontseptuaalne alus.
3. Membraanide morfoloogiaMembraanide morfoloogia selgitamisel mängisid olulist rolli kaks meetodit: röntgendifraktsioon ja elektronmikroskoopia. Just nende abiga sai kinnitust kahekihilise mudeli õigsus. Siiski tuleb meeles pidada, et mõlemal meetodil on membraanide molekulaarse korralduse üksikasjaliku pildi selgitamisel mitmeid piiranguid.
3.1 Röntgendifraktsioon
Kõrge järjestusega kristalsete proovide uurimisel röntgendifraktsioonimeetodil on võimalik saada infot struktuuri kohta kõrge eraldusvõimega. Halvasti tellitud preparaatide puhul on selle meetodi võimalused piiratud. Mõnel spetsiaalsel membraanisüsteemil on juba korrapärane struktuur ja seetõttu saab neid uurida röntgendifraktsioonimeetoditega. Selliseks näiteks on perifeersete närvikiudude müeliinikest; see on membraan, mis korduvalt ümber aksoni mähkides moodustab korrapärase kontsentriliste membraanistruktuuride süsteemi. Müeliini röntgendifraktsiooniuuringud, mis viidi läbi juba 1930. aastatel, kinnitavad membraanide kahekihilise mudeli adekvaatsust. Sama järelduse saab teha ka selgroogsete võrkkesta varraste välimise segmendi uurimisel, mis on looduslikult korrastatud membraanisüsteemid, aga ka kunstlikult järjestatud süsteemid, mis tekivad mitokondritest ja erütrotsüütidest saadud membraani vesiikulite kokkuvarisemisel tsentrifuugimise tingimustes. . Kõigil neil juhtudel täheldati sarnast elektrontiheduse jaotumist membraanis, nagu on näidatud joonisel 1.4.
Röntgendifraktsiooni andmete tõlgendamiseks on vaja määrata mitte ainult peegelduste intensiivsused, vaid ka nende faasid. Regulaarselt pakitud membraansüsteemide puhul on probleem oluliselt lihtsustatud, kuna need süsteemid koosnevad korduvatest keskse sümmeetriaga elementidest.
Saadud andmed näitavad, et kõigi membraanide struktuur on sarnane: neil on madala elektrontihedusega hüdrofoobne sisepiirkond ja kaks suure elektrontihedusega polaarsete rühmade kihti. Erinevate membraanide kohta saadud röntgendifraktsiooni andmed erinevad vaid vähesel määral, vaatamata nende valgusisalduse suurtele erinevustele. Kuigi röntgendifraktsiooniandmed annavad teatud teavet selle kohta, kuidas suurem osa membraanivalkudest membraanis paikneb, ei anna röntgendifraktsioonianalüüsi meetod üldiselt üksikasjalikku molekulaarset pilti.
Wilkins jt märkisid 1971. aastal, et röntgendifraktsiooni saab kasutada ka membraanide ja fosfolipiidide vesidispersioonide uurimiseks. Sel juhul võimaldavad kahekihilise kihi mõlemal küljel asuvate polaaralade tekitatud peegeldused leida selle paksuse, mis on võrdne polaarpeade vahelise kaugusega ning nende ahelate vahelise kauguse saab määrata järjestatud süsivesinikahelate tekitatud peegelduste põhjal. . Ka sel juhul andsid erinevatest allikatest saadud membraanipreparaadid sarnase difraktsioonimustri, mis kinnitab kahekihilise mudeli universaalsust.
Difraktsioonimeetodi abil üksikasjaliku molekulaarmustri saamise võimatus piirab selle meetodi rakendamist bioloogiliste membraanide uurimisel. Siiski võib see olla väga kasulik järjestatud lipiid-vesisüsteemide uurimisel.
3.2 Elektronmikroskoopia
Müeliini õhukeste lõikude ja tegelikult ka kõigi teiste membraanide ülekandeelektronmikroskoopia näitab iseloomulikku kolmekihilist struktuuri, mis koosneb kahest elektrontihedast ribast, mis on eraldatud ligikaudu 80 A vahega. See pilt saadakse suures osas tavaliselt selle meetodi puhul kasutatavate preparaatide osmiumtetroksiidiga töötlemise tulemus. Robertson nimetas vaadeldud struktuuri "ühtseks", et rõhutada selle universaalsust, ja kuigi membraani osmiumiga värvimise molekulaarsed mehhanismid pole teada, peeti seda struktuuri membraani kahekihilise mudeli kehtivuse kinnituseks. Siiski on selge, et proovide ettevalmistamine trjaoks võib membraane kahjustada. Eelkõige on teada, et osmiumtetroksiidiga töötlemine põhjustab erütrotsüütide membraanist valgu märkimisväärset kadu. Ja kuigi sel juhul täheldatud kolmekihiline struktuur peegeldab teatud määral kahekihiliste membraanide korraldust, ei saa selle meetodiga täpsemat teavet valkude lokaliseerimise kohta.
Membraanvalkude paigutuse kohta andsid teatud teavet uued meetodid, mis on nüüdseks muutunud "klassikaliseks" - külmutamise-lõhustamise ja külmutamise-söövitamise meetodid. Sellistel juhtudel külmutatakse preparaadid kiiresti, ilma et need kahjustaksid, nagu õhukeste lõikude saamisel. Ravimi valmistamise protsess hõlmab järgmisi toiminguid.
Pärast külmutamist lõigatakse proov, mis on rakkude või membraanide suspensioon, madalal temperatuuril kõrgvaakumis noaga ära. Hakkimisel tekkivad jõud põhjustavad proovi läbiva lõike. Selgus, et kui lõiketasapind läbib membraani, lõheneb viimane peamiselt piki selle keskmist piirkonda ja jaguneb kaheks pooleks. Selle tulemusena paljastatakse membraani sisemine piirkond moodustunud lõhustamistasanditel.
Vajadusel proov allutatakse söövitamisele – tavaline jää sublimeerimine viiakse läbi vaakumis. See võimaldab paremini visualiseerida rakumembraanide pinnastruktuure.
Pärast seda saadakse eksponeeritud pinnalt nn koopia. Just seda koopiat uuritakse elektronmikroskoobi all. Koopia saamiseks kantakse proovile esmalt plaatina umbes 45° nurga all, et paljastada preparaadi topoloogilised omadused. Seejärel antakse plaatina koopiale mehaaniline tugevus, kandes sellele süsinikukihi. Pärast seda preparaat sulatatakse, koopia ujub üles ja püütakse spetsiaalse võrguga kinni.
Kõige iseloomulikumad struktuurid, mida täheldati membraanide uurimisel külmlõhustamise meetodil, on arvukad membraanisisesed osakesed läbimõõduga 80–100 Å, mis asuvad membraani lõhustamise tasapinnal. Tavaliselt asuvad nad juhuslikult, kuid mõnikord moodustavad nad rühmi. Paljud uuringud on näidanud, et need osakesed võivad olla membraanivalgud. Kummalisel kombel ei tuvasta õhukeste lõikude elektronmikroskoopia selliseid struktuure. Lõhenenud membraani kahest poolest saadud koopiad ei ole alati topoloogiliselt täiendavad. See tähendab, et mõned osakesed on seotud ainult membraani ühe poolega. Külmutamise andmeid kasutasid Singer ja Nicholson laialdaselt membraanide vedelikumosaiikmudeli väljatöötamisel, kuna need näitasid veenvalt, et globulaarsed valgud ei paikne mitte ainult membraani pinnal, vaid ka kaksikkihi sees.
Joonisel 1.6 on kujutatud munarakkude fosfatidüülkoliinist rekonstrueeritud proteoliposoomide preparaadi elektronmikroskoopia ja inimese erütrotsüütide membraanist pärineva riba 3 valgu fraktsioneerimata preparaadist; Preparaat saadi külmutamise-lõhustamise meetodil.
3. riba valk on erütrotsüütide membraani peamine valgukomponent ja teadaolevalt transpordib anioone. Kui fosfolipiidvesiikulid seda valku ei sisalda, siis on saadud külmutatud laastupreparaatidel sile pind.
Bänd 3 valgu inkorporeerimisel fosfolipiidi vesiikulitesse ilmuvad lõhedele intramembraansed osakesed, mis praktiliselt ei erine erütrotsüütide membraanides täheldatud osakestest. Veelgi enam, pH 5,5 juures erütrotsüütide membraanis nähtavad osakesed agregeeruvad ja see agregatsioon toimub riba 3 valgu interaktsiooni tulemusena kahe teise valguga, spektriini ja aktiiniga.
Viimased on tsütoskeleti komponendid, mis paiknevad erütrotsüütide membraani sisepinnal. Rekonstrueeritud süsteem, mis koosneb riba 3 valgust ja fosfatidüülkoliinist, käitub sarnaselt, osakeste agregatsiooni täheldati spektriini ja aktiini juuresolekul pH 5,5 juures, kuid mitte pH 7,6 juures.
Need andmed tugevdasid veelgi membraanivalkude kui membraanitasandil vabalt liikuvate globulaarsete osakeste kontseptsiooni. Huvitaval kombel aitasid külmutuskiibi meetodil saadud preparaatide staatilised mikrofotod teadlastel uurida membraanide dünaamilisi omadusi. Nagu näeme, on membraanides palju valke, mis ei saa lipiidimeres vabalt ujuda.
4. Membraanide isoleerimineViimase kolme aastakümne jooksul on muutunud üha selgemaks, et valdav osa rakufunktsioonidest toimub membraanide otsesel osalusel.
Nii taime- kui ka loomarakud jagunevad sektsioonideks ja paljud tsütoplasmaatilised organellid, nagu on näidatud jaotises 1.1, on membraaniga.
Lisaks enamikule rakkudele iseloomulikele organellidele on olemas ka spetsiaalsed membraanisüsteemid, nagu lihasrakkude sarkoplasmaatiline retikulum, perifeersete närvikiudude müeliinikest, kloroplastide tülakoidmembraanid ja võrkkesta varraste ketaste membraanid. Ka prokarüootsetel organismidel on membraanid, kuigi mitte nii arenenud kui eukarüootsetel organismidel.
Grampositiivsetel bakteritel, nagu Bacillus subtilis, on ainult tsütoplasmaatiline membraan, samas kui gramnegatiivsetel bakteritel, nagu Escherichia coli, on ka välimine membraan, mis asub õhukese peptidoglükaani rakuseina peal.
Mõned spetsialiseeritud organellid on leitud ka prokarüootsetes rakkudes. Mõnedel loomadele patogeensetel viirustel, näiteks ümbrisega viirustel, on tõeline membraan ja selliste membraanide uurimine on osutunud äärmiselt huvitavaks.
Membraanide uurimine on reeglina seotud nende puhastamisega ja igat tüüpi membraane iseloomustavad preparatiivse isoleerimise tingimused.
Seega, kui peate uurima mis tahes rakkude plasmamembraani, peate esmalt need rakud koest eraldama. Seejärel tuleb valida optimaalsed tingimused rakkude lõhkumiseks ja huvipakkuvate membraanide eraldamiseks teistest rakukomponentidest. Eraldi tähelepanu väärivad isoleeritud membraanide puhtuse kriteeriumid.
4.1 Rakkude hävitamine
Soovitav on valida meetod, mis hävitab tõhusalt rakud ise, säilitades samal ajal isoleeritavate membraanide struktuuri. Paljude loomarakkude puhul võib kasutada suhteliselt õrna protseduuri, näiteks homogeniseerimist klaasseintega Downs või Potter-Elveheimi homogenisaatorites teflonuiaga. Sel juhul hävivad rakud nihkejõudude tõttu, mis tekivad siis, kui suspensioon surutakse läbi kitsa pilu teflonuia ja homogenisaatori klaasseina vahel. Selle raviga plasmamembraan "laguneb" ja sidemed erinevate organellide vahel hävivad, säilitades samal ajal organellide endi terviklikkuse. Seda protseduuri kasutades saab üksteisest eraldada ka plasmamembraani spetsiaalseid piirkondi, näiteks epiteelirakkude membraani basolateraalseid või apikaalseid piirkondi. Soovitav on töötada tingimustes, kus organellide terviklikkus säilib, et minimeerida hüdrolüütiliste ensüümide vabanemise võimalust ja hõlbustada järgnevaid membraanide eraldamise toiminguid.
Seinaga rakkude hävitamiseks on vaja rangemaid meetodeid. Mõnikord töödeldakse neid enne rakkude hävitamist esmalt ensüümidega, mis lagundavad rakuseina komponente, et hõlbustada selle edasist hävitamist. Näiteks kasutatakse E. coli rakkude hävitamiseks töötlemist Tris-EDTA puhvri ja lüsosüümiga. Rangemate tehnikate hulka kuulub rakkude hõõrumine, ultraheliga töötlemine ja ekstrudeerimine. Lihvimine toimub tavaliselt mitmesuguste abrasiivsete materjalide - liiva, alumiiniumoksiidi või klaashelmeste - juuresolekul. Väikesed materjalimahud võib uhmris jahvatada, kuid suuremate koguste puhul tuleb kasutada spetsiaalseid mehaanilisi seadmeid. Bakterirakud hävitatakse sageli ultraheli abil. Arvatakse, et sel juhul toimub hävitamine kavitatsioonist tulenevate nihkejõudude toimel. Samad jõud ilmnevad ka siis, kui rakususpensioon surutakse läbi väikese augu, näiteks kui rakud hävitatakse prantsuse pressi abil. Neid meetodeid on palju ja nende valik sõltub uuritava membraanisüsteemi omadustest.
Tuleb märkida, et raku hävitamise käigus saadud membraanifragmendid moodustavad tavaliselt spontaanselt vesiikulid. Näide on järgmine:
1) mikrosoomid, mis on saadud plasmamembraanist, endoplasmaatilisest retikulumist või spetsiaalsetest süsteemidest, nagu sarkoplasmaatiline membraan;
2) submitokondriaalsed osakesed sisemisest mitokondriaalsest membraanist;
3) sünaptosoomid, mis tekivad närvilõpmete rebenemisel sünaptiliste kontaktide piirkonnas;
4) E. coli plasmamembraanist moodustunud bakterimembraani vesiikulid. Vesiikulid moodustuvad ka teistest membraanisüsteemidest, näiteks Golgi aparaadi membraanidest. Nende suurus sõltub enamikul juhtudel tugevalt rakkude hävitamise meetodist. See on eriti oluline, kuna vesiikulite suurus määrab suuresti nende settimise kiiruse tsentrifuugimise ajal ja käitumise membraani puhastamise järgmistes etappides. Mõned membraanid ei moodusta vesiikuleid, eriti üksteisega kokkupuutuvate loomarakkude külgpindade membraanid. Selliste rakkude hävitamisel rebitakse ära paar külgnevat membraani fragmenti, mida hoiab koos kontaktpind. Selliste kontaktide olemasolu takistab fragmentide sulgumist vesiikuliteks, seetõttu vabanevad membraanid plaatide või linditaoliste struktuuridena.
Suur tähtsus rakkude hävitamisel on ka söötme õigel valikul. Näiteks membraani organellide suletuna hoidmiseks tuleks kasutada keskkonda, mis on nende sisemise sisu suhtes isoosmootne. Kõige sagedamini kasutatakse selleks sahharoosilahust kontsentratsiooniga 0,25-0,30 M. Mõnel juhul on parem kasutada sorbitooli ja mannitooli. Tuleb märkida, et isotoonilisuse säilitamine mängib olulist rolli ka tervete organellide ettevalmistava isoleerimise järgmistel etappidel.
4.2 Membraanide eraldamine
Praegu kasutatakse membraanide eraldamiseks kõige sagedamini tsentrifuugimist. Membraanosakesi saab klassifitseerida nende settimiskiiruse või ujuvustiheduse järgi. Esimest meetodit nimetatakse tsooniliseks tsentrifuugimiseks ja eraldamine toimub vastavalt S väärtustele ja teine on isopükniline tsentrifuugimine ja eraldamine toimub tasakaalulise tiheduse tingimustes. Praktikas kasutatakse tavaliselt mõnda nende kahe meetodi hübriidi. Joonisel 1.7 on näidatud mõnede subtsellulaarsete üksuste asukoht "S-g" koordinaattasandil.
Abstsiss näitab osakeste settimise koefitsiente ja ordinaat näitab tihedust.
Settimiskiiruse järgi eraldamise põhimõtet saab hõlpsasti mõista, kui võrrelda erinevate fraktsioonide S väärtusi. Näiteks tuumadel on suhteliselt kõrged S väärtused, st. nende settimiskiirus on palju kõrgem kui enamikul teistel subtsellulaarsetel organellidel. Tuumi saab selektiivselt pelleteerida rakuhomogenaadi tsentrifuugimisega, jättes kõik muud organellid supernatanti. Samal ajal ei saa tsoonilise tsentrifuugimise abil eraldada siledat ja karedat endoplasmaatilist retikulumit.
Erinevate membraanifraktsioonide eraldamiseks rakuhomogenaadist kasutatakse sageli nende tiheduse erinevusi. Sel eesmärgil tsentrifuugitakse tihedusgradiendis. Kõige sagedamini kasutatakse tihedusgradiendi loomiseks sahharoosi, kuid sellel meetodil on tõsiseid puudusi. Erinevate membraanifraktsioonide eraldamiseks vajaliku tiheduse saamiseks on vaja valmistada kõrge sahharoosi kontsentratsiooniga lahuseid, millel on kõrge viskoossus ja mis on ka hüpertoonilised. Subtsellulaarsete organellide viimine hüpertoonilisse sahharoosilahusesse viib nende dehüdratsioonini ning lahuse hilisema kohandamisega isotooniliste tingimustega kaasneb sageli organellide lüüs ja kahjustus. Teine probleem on see, et paljud membraani organellid on sahharoosile läbilaskvad. See võib põhjustada ka organellide osmootset hävitamist. Sahharoosi tungimine eraldatavatesse membraani organellidesse võib muuta nende efektiivset tihedust.
Tabel 1.1. Füüsiline aeg kasutab tihedusgradiendi loomiseks üha enam muid vahendeid. Mõned neist keskkondadest on loetletud tabelis 1.1
Nende probleemide lahendamiseks on gradientkandjate viimased omadused.
1. Ficoll. Kõrge molekulmassiga sahharoosi hüdrofiilne polümeer, mida saab kasutada lahuste saamiseks C "Tihedusega kuni 1,2 g / ml. Selle peamine eelis on lahuste madal osmootne rõhk võrreldes samaväärse sahharoosi kontsentratsiooniga lahustega. Tänu sellele, sahharoosi või füsioloogiliselt vastuvõetavate soolade lisamise tõttu söötmesse on võimalik luua lahuseid, mis on isotoonilised kogu kontsentratsioonivahemikus. Puuduseks on saadud lahuste kõrge viskoossus ning viskoossuse ja osmolaarsuse oluline mittelineaarne sõltuvus. kontsentratsioon.
2. Metrisamiid. Trijodoasendatud glükoosbensamiidi Metrisamiidi lahustel on suurem tihedus kui samade kontsentratsioonidega ficolli lahustel. Metrisamiidi lahuste peamiseks eeliseks on nende väga madal viskoossus, mis võimaldab kiiremat eraldamist.35% metrisamiidi lahusel on peaaegu füsioloogiline osmolaarsus, nii et enamik membraanide eraldamise käigus tehtavaid toiminguid saab läbi viia ilma neid hüpertooniliste lahustega kokku puutumata. Naatriummetrisoaat on sarnane ühend, millel on metrisamiidiga sarnased omadused, ainsa erinevusega, et selle lahus on umbes 20% kontsentratsioonis isotooniline. Naatriummetrisoaati kasutatakse peamiselt tervete rakkude eraldamiseks. Naikodenz on samuti trijodobensoehappe derivaat, kuid sellel on kolm hüdrofiilset kõrvalahelat. Tsentrifuugimisel tekib tal kiiresti oma tihedusgradient; kasutatakse subtsellulaarsete organellide isoleerimiseks.
Percoll. Kolloidne silikageeli suspensioon, mis on kaetud polüvinüülpürrolidooniga. See kate vähendab silikageeli toksilist toimet. Perkolli peamine eelis on see, et see ei tungi läbi bioloogiliste membraanide ning selle lahused on madala viskoossusega ja madala osmolaarsusega. Suurte osakeste suuruse tõttu tekib Percolli lahuse tsentrifuugimisel mõõdukatel kiirustel tihedusgradient. Seetõttu toimub eraldumine tavaliselt väga kiiresti. Tsentrifuugimiseks kasutatav sööde võib olla kogu mahu ulatuses isotooniline, kuna selles on soolasid või sahharoosi. Pole keeruline luua õrna gradienti, mis võimaldab membraanifraktsioone väga tõhusalt eraldada vastavalt nende ujuvustihedusele.
Sorbitool ja mannitool. Neid aineid kasutatakse mõnikord sahharoosi asemel, sest avaldatud andmetel tungivad need läbi mõne bioloogilise membraani halvemini kui sahharoos.
Pange tähele, et glütserooli ei kasutata tihedusgradiendi loomiseks, kuna see ei suuda saavutada piisavalt kõrgeid tihedusväärtusi. Leelismetallide sooli, nagu CsCl, kasutatakse ainult siis, kui on vaja suure tihedusega lahuseid. Siiski tuleb meeles pidada, et tasakaalutiheduse loomiseks vajalike kontsentratsioonide juures avaldavad need soolad sageli kahjustavat mõju membraani organellidele.
Membraanide eraldamiseks rakuhomogenaatidest kasutatakse ka muid meetodeid, kuigi mitte nii sageli kui tsentrifuugimist.
1. Faasijaotus. Sel juhul toimub membraaniosakeste eraldumine vastavalt nende pinnaomadustele. Selleks moodustatakse erinevate veeslahustuvate polümeeride vesilahustest kaks segunematut kihti. Näited on polüetüleenglükooldekstraani ja dekstraanfikolli segud. Membraaniosakesed eraldatakse vastavalt nende afiinsusele nende faaside suhtes. Viimaseid saab valida nii, et eraldada membraane nende pinnalaengu või hüdrofoobsuse järgi.
Pidev vabavoolu elektroforees. Sel juhul toimub osakeste eraldumine vastavalt nende elektrilaengule. Jaotatav ravim sisestatakse pidevalt õhukesesse puhvrikihti, mis voolab mööda vertikaalset seina alla. Sel juhul rakendatakse elektrivälja voolu suunaga risti. Seega toimub osakeste elektroforeetiline eraldumine läbi voolava puhvri, mis kogutakse eraldi fraktsioonidena kambri põhja.
afiinsusadsorptsioon. Eraldamine põhineb biospetsiifilisel interaktsioonil membraanikomponentide ja tahke faasi vahel. Monoklonaalsete antikehade avastamisega sai võimalikuks valmistada ettevalmistavaid meetodeid, mis põhinevad spetsiifiliste antigeensete komponentide kasutamisel membraani isoleerimiseks. Saadud antikehad saab kovalentselt kinnitada tahkele kandjale ja nende abil läbi viia vastavate membraanide spetsiifilist sidumist. Kõige sagedamini kasutatakse seda meetodit membraanivalkude isoleerimiseks. Üks siin esilekerkiv probleem on seotud membraani elueerimise tingimuste valikuga, mis ei põhjusta valgu denaturatsiooni.
Meetod, mis põhineb silikageeli mikrograanulite kasutamisel. Tavaliselt moodustab plasmamembraanide osa eukarüootsete rakkude kõigi membraanide kogumassist mitte rohkem kui 1°7o. Seetõttu on absoluutselt puhaste plasmamembraanide eraldamine seotud suurte raskustega. Üks lähenemisviis, mis on spetsiaalselt välja töötatud plasmamembraanide eraldamiseks, põhineb katioonitud silikageeli mikrohelmeste kasutamisel. Need graanulid on tugevalt adsorbeerunud tervete rakkude plasmamembraani välispinnale ja graanulitega seotud plasmamembraanide fraktsioon on graanulite suurema tiheduse tõttu sahharoosi tiheduse gradiendis kergesti eraldatav teistest membraanidest. Selle meetodi eripäraks on see, et saadud preparaadis muudetakse plasmamembraan koos selle sisepinnaga lahuseks.
4.3 Membraanifraktsioonide puhtusekriteeriumid
Võib-olla on isoleeritud membraanifraktsiooni kõige objektiivsem puhtuse kriteerium mõne ainulaadse komponendi olemasolu selles, mis sisaldub ainult selles membraanis või on selles ülekaalus. Tavaliselt on sellisteks komponentideks ensüümid, mida antud juhul nimetatakse markeriteks. Membraanifraktsioonide puhtuse kontrollimiseks kasutatavate markerensüümide loetelu on toodud tabelis 1.2 Ensüümi aktiivsuse määramisel tuleb arvestada, et see võib olla varjatud kujul, näiteks tulenevalt asjaolu, et see paikneb sekreteeritud membraani vesiikulite sisepinnal. Ülevaates käsitletakse muid isoleeritud membraanide puhtuse hindamisega seotud probleeme. Tuleb märkida, et soovitatavad meetodid on enamikul juhtudel hästi välja töötatud ja standardiseeritud.
Mõnel juhul pole mugavamateks membraanimarkeriteks mitte ensüümid, vaid spetsiifilised lektiinide, hormoonide, toksiinide või antikehade retseptorid. Kui uuritavad süsteemid on hästi iseloomustatud, saab membraanifraktsiooni puhtust hinnata selle valgu koostise järgi, mis on määratud polüakrüülamiidgeelelektroforeesiga naatriumdodetsüülsulfaadi juuresolekul. Näiteks gramnegatiivsete bakterite välismembraanil on iseloomulik polüpeptiidide komplekt, mida tsütoplasmaatilises membraanis ei ole.
Tabel 1.2 Imetajarakkudest eraldatud membraanifraktsioonide puhtuse kontrollimiseks kasutatavad markerid "
Membraani fraktsioon marker ensüüm Plasma membraanid 5"-nukleotidaas Leeliseline fosfodiesteraas Na * / K + -ATPaas (basolateraalne-
epiteeli membraan rakud) Adenülaattsüklaas (basaal hepatotsüütide membraan) Aminopeptidaas (membraan pintsli ääriste epiteel) Mitokondrid (sisemine Tsütokroom c oksüdaas membraan) suktsinaat-tsütokroom c-oksido- reduktaas Mitokondrid (välimine Monoamiini oksüdaas membraan) Lüsosoomid Happeline fosfataas 0-galaktosendaas Peroksisoomid katalaas uraatoksüdaas D-aminohappe oksüdaas Seadmete membraanid Galaktosüültransferaas Golgi Endoplasmaatiline Glükoos-6-fosfataas võrkkest Koliinfosfotransferaas NADPH-tsütokroom c-oksido- reduktaas Tsütosool laktaatdehüdrogenaas Muud kriteeriumid, mida saab kasutada membraanide puhtuse hindamiseks, hõlmavad nende morfoloogiat, mis tuvastatakse elektronmikroskoopia abil, ja keemilise koostise omadusi. Näiteks saab plasmamembraani, Golgi aparaati või mitokondreid esindavaid fraktsioone tuvastada nende morfoloogia järgi. Mõnel juhul iseloomustab ravimit kolesterooli sisaldus selles. Näiteks mitokondrite membraanid sisaldavad palju vähem kolesterooli kui Golgi ja plasmamembraanid.
Pesuaine molekulid mitselli kohta. Membraaniuuringutes kasutatakse üsna piiratud valikut pesuaineid. Tabelis. 1 on toodud need, mida kasutatakse kõige sagedamini membraanide solubiliseerimiseks ja rekonstrueerimiseks. Neid pesuvahendeid iseloomustavad üsna kõrged CMC väärtused (10-4-10-2 M) ja asjaolu, et need kuuluvad nn pehmete detergentide kategooriasse, see tähendab ...
Kahekihiline moodustumine on lipiidimolekulide eriomadus ja see toimub isegi väljaspool rakku. Kahekihi olulisemad omadused: - isekoostumisvõime - voolavus - asümmeetria. 1.2. Kuigi bioloogiliste membraanide põhiomadused on määratud lipiidide kaksikkihi omadustega, tagavad enamiku spetsiifilistest funktsioonidest membraanivalgud. Enamik neist tungib läbi kaksikkihi ühe...
vastupidises suunas