Eritrocīti. Metabolisma uzbūve, lādiņš, daudzums, funkcijas, īpatnības
eritrocīti
Eritrocīti ir sarkanās asins šūnas. Viņiem visbiežāk ir abpusēji ieliekta forma. Eritrocīta diametrs ir 7,3 µm, un virsma ir 145 µm2. Eritrocītiem ir abpusēji ieliekta forma - normocīti 3D, un tādā formā eritrocītā nav neviena punkta, kas atrastos tālāk par 0,85 mikroniem no tā virsmas ^ Ja eritrocīti būtu sfēriski, tad šūnas centrs atrastos plkst. 25 mikronu attālums, un kopējā virsma būtu par 20% mazāka. Laukuma un tilpuma attiecība, kas vienāda ar 1,5, veicina eritrocītu deformējamību un veicina skābekļa pārnešanu no plaušām uz orgāniem.Šīs attiecības samazināšanās, ko novēro, palielinoties eritrocīta tilpumam, iegūstot sfērisku formu. padara to mazāk deformējamu. Tas noved pie straujas eritrocītu iznīcināšanas. Turklāt šī forma ļauj eritrocītam fiksēties fibrīna tīklā tromba veidošanās laikā ^ £ starp eritrocītiem, papildus normocītiem ir arī mikrocīti (ar d< 7,2 мкм) и макроцитьг^с d >8-9 µm). Diskocīti (normocīti), planocīti (ar plakanu virsmu), stomatocīti (kupolveida), sferocīti (sferocīti), ehinocīti (stiloīdi) utt.
Eritrocītu membrāna sastāv no 4 slāņiem.
Vidējos divus slāņus veido fosfolipīdi, kurus stabilizē holesterīns. Palielinot holesterīna/fosfolipīdu attiecību membrānā, palielinās tās viskozitāte, samazinās tās plūstamība un elastība. Samazinās eritrocītu deformējamība.
Fosfolipīdi ir galvenā membrānu strukturālā un funkcionālā sastāvdaļa. Ir četras galvenās fosfolipīdu klases, kas atrodas eritrocītu membrānā šādās koncentrācijās: fosfatidilholīns - 28%, fosfatidiletanolamīns - 27%, sfingomielīns 26%, fosfatidilserīns -13%.
Fosfolipīdu molekula sastāv no trim galvenajām daļām - "galvas" un divām "astes". "Astes" - iegarenas taukskābju ķēdes, eritrocītu membrānas fosfolipīdu sastāvā ietilpst oleīnskābe, arahidonskābe, linolskābe, palmitīnskābe un stearīnskābe. Divkāršā slānī fosfolipīdu molekulu hidrofilās "galvas" veido membrānas augšējo un apakšējo virsmu, savukārt membrānas hidrofobās "astes" ir piestiprinātas viena pie otras un slēpjas tās biezumā. Svarīga membrānu iezīme ir divslāņu asimetrija – atšķirīgais lipīdu sastāvs tā iekšējā un ārējā slānī.Divslāņu asimetriju veido un uztur lipīdu metabolisma enzīmi. Tas nodrošina starpšūnu mijiedarbību – eritrocītu membrānas fosfolipīdi tiek atjaunināti, pateicoties to apmaiņai ar asins plazmas lipīdiem. Dienas laikā tiek apmainīti 25% no visiem membrānas fosfolipīdiem.
Proteīni ir vēl viena svarīga membrānas sastāvdaļa kopā ar fosfolipīdiem. Tie atšķiras ar lipīdu divslāņa iegremdēšanas pakāpi: daži atrodas virspusēji, veidojot membrānas ārējo slāni; citi to caurdur; trešais - atbalsta divslāni no citoplazmas puses, veidojot iekšējo slāni. Mijiedarbojoties savā starpā, olbaltumvielas veido membrānas rāmi, nodrošinot tās izturību? Pastāv cieša saikne starp olbaltumvielām un lipīdiem. Lipīdi nosaka olbaltumvielu mobilitāti un ir atbildīgi par membrānu plastiskumu un deformējamību.
Galvenās membrānas proteīnu klases pārstāv integrālie un perifērie proteīni.
Integrālie proteīni ir cieši saistīti ar lipīdu divslāņu slāni, iekļūst tajā cauri un cauri, un to sastāvā var būt lipīdu un ogļhidrātu fragmenti.
(Proteīns-3 ir galvenais integrālais proteīns. Tas, mijiedarbojoties ar ankirino "m>, kas atrodas membrānas iekšējā pusē, nodrošina spēcīgu saikni starp lipīdu divslāņu un perifēro proteīnu. Proteīna-3 funkcijas ir šādas: tas ir galvenais anjonu nesējs, Tas satur gliceraldehīda fosfātdehidrogenāzes, aldolāzes, hemoglobīna saistīšanās vietas.Uz tās ārējās virsmas atrodas antigēna sistēma, kas nosaka eritrocīta piederību grupai.
Glikoforīni veido lielas sialoglikopeptīdu molekulas: glikoforīnu glikozilētās daļas, kas satur lādētas grupas vai receptorus, veicina to izplatīšanos ievērojamos attālumos uz āru no membrānu virsmas. Glikoforīns A uzlabo transmembrānu proteīnu darbību, veicina citoskeleta nostiprināšanos un stabilizāciju.
Membrānas ATPāzes - tās ir 3. Na * -K + -ATPāze noņem Na + no eritrocīta un ievada K +. Ca2+-ATP-āze – izvada Ca2+ no eritrocīta, kad tas saistās ar kalmodulīna proteīnu. Palielinoties Ca2* koncentrācijai citoplazmā, tiek pastiprināts kalcija sūkņa darbs un tiek novērsta membrānas skeleta_1\^2+-ATPāzes sadalīšanās, kas var būt eritrocītu formas izmaiņu modulators. Visu membrānu ATPāzes funkcija ir nodrošināt enerģiju aktīvai jonu transportēšanai.
Perifērajiem proteīniem ir raksturīgs mazāks iespiešanās dziļums divslānī un vāja mijiedarbība ar to.
Spektrīns ir galvenais membrānas skeleta proteīns.Pēdējais ietver arī citus perifēros proteīnus: aktīnu, proteīnu-4.1 un proteīnu-4.9 (saista aktīnu). Tie visi ir lokalizēti uz membrānas citozola virsmas un veido membrānas skeleta pamatu, kam ir spēcīga, stingra struktūra.
Acetilholīnesterāze – enzīms, kas katalizē acetilholīna sadalīšanos) atrodas eritrocītu membrānas ārējā pusē. Lielākā daļa glikolīzes enzīmu ir orientēti uz eritrocītu membrānas citoskeletu.
Olbaltumvielas, kas veido eritrocītu membrānu, veic daudzas funkcijas: nodrošina citoskeleta izturību, kontrolē citoplazmas jonu sastāva noturību, piedaloties transporta ATPāzes, piedalās bioloģiski aktīvo vielu specifiskajā atpazīšanā, regulē intracelulāro metabolismu, nosaka imūnās īpašības, kā arī nodrošina šūnas enerģijas vajadzības.
Atšķirībā no citu šūnu membrānām, eritrocītu membrānai ir augsta C>2, CCL, HCO3, CG caurlaidība, tā ir vāji caurlaidīga Na +, K + katjoniem, kas lēnām iziet cauri transmembrānas porām.
Zīdītāju eritrocīti ir bez kodola veidojumi ar ļoti zemu iekšējo elpošanu. Bez kodola eritrocīts patērē 200 reizes mazāk U2 nekā kodolšūnas. Oi uzņemšanas samazināšanās izraisa eritrocītu dzīves ilguma palielināšanos. Viņu galvenais enerģijas avots ir
izdalās glikoze. Enerģiju, kas nepieciešama struktūras uzturēšanai un hemoglobīna stabilizēšanai, ģenerē glikolīze un pentozes šunts.
1.5.Praktisko nodarbību tēmas
1. IEDAĻA. MEMBRANAS BIOFIZIKA
1. 1. Bioloģiskās membrānas. Struktūra, īpašības.
Tika konstatēts, ka aksona membrānas īpatnējā elektriskā kapacitāte, mērot ar intracelulāru mikroelektrodu, ir 0,5 mikrofaradi/cm2. Izmantojot plakano kondensatora formulu, novērtējiet membrānas ar dielektrisko konstanti 2 hidrofobā slāņa biezumu.
Kāds ir attālums uz eritrocītu membrānas virsmas, kādu fosfolipīdu molekula veic 1 sekundē sānu difūzijas rezultātā? Sānu difūzijas koeficients ir vienāds ar 10 -12 m 2 /s. Salīdziniet ar 8 mikronu diametra eritrocīta apkārtmēru.
Membrānas fosfolipīdu fāzes pārejas laikā no šķidrā kristāliskā stāvokļa uz gēlu mainās divslāņu biezums. Kā šajā gadījumā mainīsies membrānas elektriskā kapacitāte? Kā mainīsies elektriskā lauka stiprums membrānā?
Ar spin-marķētu fosfolipīdu molekulu palīdzību tika noteikts viskozitātes gradients visā membrānas biezumā. Aprakstiet bijušo eksperimentu. Kur viskozitāte ir augstāka: membrānas virspusē vai tās centrā?
1.1.1. Bioloģiskās membrānas biezums:
10 A, 3. OD µm
10 nm 4. 10 µm
1.1.2. Bioloģiskās membrānas šķidruma mozaīkas modelis ietver:
proteīna slānis, polisaharīdi un virsmas lipīdi
lipīdu vienslānis un holesterīns
lipīdu divslānis, olbaltumvielas, mikrofilamenti
lipīdu divslānis
1.1.3. Bioloģiskās membrānas lipīdu daļa ir šādā fiziskajā stāvoklī:
šķidrs amorfs
ciets kristālisks
ciets amorfs
šķidrais kristāls
1.1.4. Aksonu membrānas īpatnējā elektriskā kapacitāte:
1.1.5. Raksturīgais fosfolipīdu molekulas pārvietošanas laiks no viena līdzsvara stāvokļa uz citu difūzijas laikā:
1.1.6. Membrānu lipīdu divslāņu fāzes pāreju no šķidrā kristāliskā stāvokļa uz gēlu pavada:
membrānas retināšana
membrānas biezums nemainās
membrānas sabiezēšana
1.2. Vielu transportēšana caur bioloģiskajām membrānām.
Kontroljautājumi, uzdevumi, uzdevumi semināriem
1. No kādiem parametriem ir atkarīgs lipīdu poru kritiskais rādiuss membrānā?
2. Aprēķiniet kritisko poru rādiusu, ja nav membrānas potenciāla. Poru malas spraigumu ņem 10 -11 N, lipīdu divslāņa virsmas spraigumu 0,3 mN/m.
3. Kā mainīsies atvieglotā kaoija jonu difūzija ar valinomicīna molekulas piedalīšanos pēc membrānas lipīdu fāzes pārejas no šķidro kristāliskā stāvokļa uz gēlu?
4. Aksona membrānas īpatnējā elektriskā kapacitāte, mērot ar intracelulāro mikroelektrodu, izrādījās 0,5 mikrofaradi/cm2. Izmantojot plakano kondensatora formulu, novērtējiet membrānas ar dielektrisko konstanti 2 hidrofobā slāņa biezumu.
Modeļu uzraudzības testi
1.2.1. Jonu transportēšana notiek virzienā:
1.2.2. Difūzijas vienādojums neelektrolītiem (Fika) ir uzrakstīts:
2.3. Valinomicīna molekula transportē cauri membrānai:
1.2.4. Vielas pārnesi atvieglotās difūzijas laikā salīdzina ar vienkāršu difūziju:
lēnāk
1.3. Bioelektriskie potenciāli.
Kontroljautājumi, uzdevumi, uzdevumi semināriem
Kāds jonu transports rada membrānas potenciālu atšķirību: pasīvs vai aktīvs?
Kas ir lielāks: elektriskā signāla izplatīšanās ātrums pa jūras telegrāfa vadiem vai nervu impulsa izplatīšanās ātrums pa aksona membrānu? Kāpēc?
Izskaidrojiet indes Tetro-Dotoksīna un vietējās anestēzijas līdzekļa tetraetilamonija biofizikālo darbības mehānismu.
Kā korelē kalmāru aksona membrānas caurlaidība dažādiem joniem miera stāvoklī un ierosmes laikā?
Kā mainīsies darbības potenciāla grafika forma, ja mainīsim ķīmisko sastāvu aksona iekšpusē un ārpusē: aksoplazma tiek aizstāta ar ārpusšūnu šķidrumu, bet ārpusšūnu šķidrums - ar aksoplazmu?
Kāds ir elektriskā lauka stiprums uz membrānas miera stāvoklī, ja kālija jonu koncentrācija šūnā ir 125 mmol / l, ārpusē - 2,5 mmol / l un membrānas biezums ir 8 nm?
(Atbilde: 1,3 * 10 7 V/m.)
7. Aprēķiniet darbības potenciāla amplitūdu, ja
kālija un nātrija koncentrācija uzbudināmo audu šūnā
ne attiecīgi: 125 mmol / l, 1,5 mmol / l un ārpusē
2,5 mmol/l un 125 mmol/l.(Atbilde: 160 mV.)
Modeļu uzraudzības testi
1.3.1. Membrānas potenciālu f m sauc:
1.3.2. Izmantotā intracelulārā elektroda gala diametrs priekš Membrānas potenciāla mērījumi:
samērīgi ar šūnas izmēru
daudz mazāks par šūnu
daudz lielākas šūnas
1.4. Darbības potenciāla ģenerēšanas mehānisms.
Kontroljautājumi, uzdevumi, uzdevumi semināriem
1. Vai uz uzbudināmas šūnas membrānas ir iespējams process, kurā vienlaicīgi plūst dažādu jonu plūsmas ar vienādu lādiņa zīmi?
2. Kāda ir izteiciena nozīme
kardiomiocītu darbības potenciāla II fāzei?
3. Kāds ir iemesls tam, ka strāva caur kanālu ir diskrēta, bet caur membrānu - nepārtraukta, vienmērīgi mainīga?
Modeļu uzraudzības testi
1.4.1. Depolarizācijas fāzē aksona ierosināšanas laikā Na + jonu plūsmas tiek virzītas:
1. elle 2. bd 3. elle 4. 5. g
1. 4.2. Aksonu repolarizācijas fāzē jonu plūsmas tiek virzītas:
1.ad 2.bd 3.be 4.d
4.3. Kardiomiocītu darbības potenciāla ilgums salīdzinājumā ar aksona darbības potenciālu
1. lielāks par 2. mazāks par 3. vienāds
4.4. Plato fāzi kardiomiocītā nosaka jonu plūsmas:
1. Antonovs V.F. Membrānu biofizika // Sorovska izglītības žurnāls. - 1997. - T. - 6. S. 1-15.
2. Antonovs V.F., Smirnova E.Ju., Ševčenko E.V. Lipīdu membrānas fāzu transformāciju laikā. - M.: Nauka, 1992. - S. 125.
3. Klenčins V.A. bioloģiskās membrānas. - 1993. - T. 10. -S. 5-19.
4. Čizmajevs Ju.A., Arakeljans V.B., Pastušenko V.F. Membrānu biofizika. - M.: Nauka, 1981. - S. 207-229.
5. Kotek A., Janačeks K. membrānas transportēšana. M.: Mir, 1980.
6. Lightfoot E. Transporta parādības dzīvās sistēmās. M.: 1977. gads.
7. Rubīns A.B. Biofizika. M.: Augstāk. Shk., 1987. gads.
8. Bioloģiskās membrānas: kolekcija / Zem. Ed. D.S. Pārsons. Maskava: Atomizdat, 1978.
9. Membrāna: jonu kanāli: Sat. Art. M.: Mir, 1981.
10. Hills B.V. sestdien Membrāna: jonu kanāli. M.: Mir, 1981.
11. Sirds fizioloģija un patofizioloģija. Zem. ed. N. Sperelakis: M.: Medicīna, 1998.g.
12. Cilvēka fizioloģija. Zem. ed. Šmits R. Un Tevs G. T. 1. M .: Mir, 1996.
2. NODAĻA. ŠŪNU UN ORGĀNU BIOFIZIKA
2. 1. Orgānu elektriskā aktivitāte.
Kontroljautājumi, uzdevumi, uzdevumi semināriem
1. Kāds ir ekvivalenta ģeneratora princips? Sniedziet šī principa izmantošanas piemērus.
2. Kāpēc elektrokardiogrāfijas apgrieztā problēma ir diagnostikas uzdevums, nevis tiešs?
3. Kāds ir mehānisms, kā veidojas elektrisko potenciālu karte uz cilvēka ķermeņa virsmas?
4. Kāpēc ir jāreģistrē vismaz 3 EKG vadi, nevis, piemēram, viens?
Modeļu uzraudzības testi
2.1.1. Modelējot EKG, tiek pieņemts, ka vide, kas ieskauj dipolus
a. viendabīgs a, neviendabīgs
b. izotrops b", anizotrops
iekšā. ierobežots", bezgalīgs
1. abc 2. a"b"c" 3.ab"c 4.abc"
2.1.2. Kāds ir iemesls sirds integrālā elektriskā vektora lieluma un virziena izmaiņām tās darba cikla laikā?
sirds kambaru kontrakcija
secīgs dažādu sirds struktūru ierosmes viļņa pārklājums
kardiomiocītu vielmaiņas aktivitāte
palēninot viļņa ātrumu atrioventrikulārajā mezglā
2.1.3. Kāpēc vienā un tajā pašā laikā esošo EKG zobu amplitūdas dažādos pievados nav vienādas?
dažādiem vadiem integrālā elektriskā vektora E _ vērtība
dažādos novadījumos vektora E rotācija ir atšķirīga
vektora E projekcijas uz dažādiem vadiem nav vienādas
katram svinam ir savs vektors E
2.1.4. Sirds integrālais elektriskais vektors E apraksta cilpas P, QRS, T:
1.horizontāli
2.krūškurvja virsmas plaknē
Z.sējuma telpā XYZ
4. plaknē, kas savieno labās, kreisās rokas un kreisās kājas punktus
2.1.5. Reģistrētās potenciālu atšķirības
1. ag 2. būt 3. vg 4. dv
2.2. Autoviļņu procesi aktīvajos datu nesējos.
Kontroljautājumi, uzdevumi, uzdevumi semināriem
Kāda ir galvenā atšķirība starp automātiskajiem viļņiem aktīvajā vidē un mehāniskajiem viļņiem elastīgā vidē?
Kāpēc automātiskais vilnis izplatās aktīvā vidē bez slāpēšanas?
Vai aktīvajos medijos tiek novēroti automātisko viļņu traucējumi?
No kā ir atkarīgi automātiskās viļņu parametri aktīvajā vidē?
Miokarda reģiona šūnu sliekšņa potenciāls ir - 30 mV. Šūnu transmembrānas potenciāls šajā apgabalā kādā brīdī sasniedza 40 mV vērtību. Vai uzbudinājuma vilnis var tikt pārraidīts caur šo miokarda zonu?
Modeļu uzraudzības testi
2.2.1. Uzbudinājuma vilnis (autoviļņs), kas izplatās caur aktīvo vidi (piemēram, caur miokarda struktūru), nesamazinās:
pārnesot enerģiju no vienas šūnas uz otru
noteiks katras šūnas uzkrātās enerģijas izdalīšanos
miokarda kontrakcijas mehāniskās enerģijas pārneses rezultātā
elektriskā lauka enerģijas izmantošanas rezultātā
2.2.2. Uzbudinājuma viļņa garums aktīvajā vidē ir atkarīgs no:
a. kardiomiocītu darbības potenciāla amplitūdas
b. par viļņu izplatīšanās ātrumu miokardā
iekšā. par elektrokardiostimulatora pulsa frekvenci
piemēram, no ierosinātā elementa ugunsizturīgā perioda ilguma
šūnas1. ab 2. bg 3. cg 4. ag
2.2.3. X ilguma automātiskā viļņa (atgriešanās) cirkulācija gredzenā ar perimetru / var notikt ar nosacījumu:
2.2.4. Ja nehomogēnā aktīvā vidē ir zonas ar refraktoritāti R 1 un R 2 (R 2 > R:) un impulsi no elektrokardiostimulatora seko ar periodu T, tad ritma transformācija var notikt ar nosacījumu:
1. T
R13.T = R2-R1 2.3. Muskuļu kontrakcijas biofizika.
Kontroljautājumi, uzdevumi, uzdevumi semināriem
Kāpēc izometriskajai kontrakcijai ir atšķirīga atkarības forma F(t) dažādos muskuļu sākotnējos garumos?
Vai pēc V(P) Hill līknes ir iespējams noteikt maksimālo slodzi, ko muskulis var noturēt?
Vai muskuļu kontrakcijas efektivitāte palielinās, palielinoties šī muskuļa siltuma ražošanai?
Kādas ir atšķirības starp elektromehānisko savienojumu kardiomiocītos un skeleta muskuļos?
Modeļu uzraudzības testi
2.3.1. Muskuļu kontrakcijas laikā:
a. aktīna pavedieni ieslīd sarkomērā gar miozīnu
b. miozīns saspiežas kā atspere
iekšā. tilti pievienojas aktīna aktīvajām vietām
d) tilti atvērti
1. av 2. bg 3. bv 4. ag
2.3.2. Muskuļa radīto kontrakcijas spēku nosaka:
1. aktīvais vītnes garums
2 spēka izmaiņas, ko rada viens tilts
vienlaicīgi slēgto tiltu skaits
miozīna pavediena elastība
2.3.3. Viena muskuļa kontrakcijas ātruma v atkarība no slodzes P ir šāda:
2.3.4. Elektromehānisko savienojumu nosaka šāda notikumu ķēde:
a. Ca 2+ jonu izdalīšanās uz miofibrilām
b. šūnu membrānas ierosināšana
iekšā. aktīva Ca 2+ jonu transportēšana sarkoplazmas retikulumā
d) tiltu slēgšana uz aktīna aktīvajiem centriem
e. aktīna slīdēšana sarkomērā
1. Cilvēka fizioloģija. T. 2. M.: Mir, 1996. gads.
2. Vasiļjevs V.A., Romanovskis Ju.N., Jahno V.G. Autoviļņu procesi. Maskava: Nauka, 1987.
3.Ivanitskis G.R., Krinskis V.I., Selkovs E.E.Šūnas matemātiskā biofizika. Maskava: Nauka, 1978.
4. Černišs A.M. Sirds muskuļa neviendabīgumu biomehānika. Maskava: Nauka, 1993.
5. Bendols Dž. Muskuļi, molekulas un kustība. M.: Mir, 1989.
3. NODAĻA. KOMPLEKSU SISTĒMU BIOFIZIKA
3.1. Biofizikālo procesu modelēšana.
Kontroljautājumi, uzdevumi, uzdevumi semināriem
Cik ilgi pēc injekcijas asinīs paliks 10% no zāļu sākotnējās masas, ja izdalīšanās konstante k = 0,3 (1/stunda)?
Divu dažādu zāļu izdalīšanās konstantes atšķiras divas reizes. Uzzīmējiet kvalitatīvus grafikus par zāļu masas izmaiņām asinīs injekciju laikā šiem diviem gadījumiem. Cik reizes atšķiras izdalīšanās ātrums, ja t = O?
Kādu laiku pēc tam, kad pacientam tika uzlikts pilinātājs (kad zāļu koncentrācija sasniedza stacionāro līmeni), viņam tika veikta injekcija. Uzzīmējiet kvalitatīvu grafiku par zāļu masas izmaiņām laika gaitā.
Modeļu uzraudzības testi
3.1.1. Plēsoņu un upuru modelis parāda, ka plēsēju un upuru populācijas veic harmoniskas svārstības. Vai šo svārstību frekvences un fāzes ir vienādas?
a. frekvences ir vienādas. fāzes ir vienādas
b. frekvences ir dažādas d.fāzes ir dažādas
1. av 2. bv 3. ag 4. bg
3.1.2. Kāds modelis ir piemērots elektroģenēzes pētījumiem šūnās?
1. liposoma 2. divslāņu lipīdu membrāna
3. kalmāru aksons 4. Frenka modelis
3.2. Asinsrites sistēmas biofizika.
Kontroljautājumi, uzdevumi, uzdevumi semināriem
Izglītības un metodiskais komplekss par disciplīnu "ekonomikas valsts regulēšana"
Apmācību un metodiskais komplekss... izglītojošs-metodiskākomplekssieslēgtsdisciplīna"EKONOMIKAS VALSTS REGULĒJUMS" UFA -2007 Tautsaimniecības valsts regulējums: izglītojošs-metodiskākomplekss... ekonomikas zinātnes izglītojošs-metodiskākomplekssieslēgtsdisciplīna"Valsts...
Izglītības un metodiskais komplekss vispārējās profesionālās apmācības disciplīnā "bioloģijas mācīšanas teorija un metodes" specialitāte "050102 65 - bioloģija"
Apmācību un metodiskais komplekssizglītojošs-metodiskākomplekssieslēgtsApmācību un metodiskais komplekss
... __________________________________________________________ (Pilnais vārds.) izglītojošs-metodiskākomplekssieslēgtsdisciplīna Datoru un ... Samme G.V. izglītojošs-metodiskākomplekssieslēgtsdisciplīna Datoru un sistēmu organizācija (nosaukums disciplīnās) apkopoja...
Kuģa rādiuss ir samazinājies uz pusi. Cik reizes mainīsies tilpuma asins plūsmas ātrums ar pastāvīgu spiediena kritumu?
Aprēķiniet asinsspiedienu 5 cm attālumā no trauka sākuma, ja trauka sākumā spiediens ir 10 4 Pa, tā rādiuss ir 1 mm, asins viskozitāte ir 0,005 Pa s, trauka lineārais ātrums. asinis ir 20 cm/s.
Cik reizes mainīsies spiediena krituma ātrums diastola sākumā, ja mazo asinsvadu hidrauliskā pretestība palielināsies par 20%?
Cik reižu aortas sekcijas (aortas rādiuss 1,25 cm) hidrauliskā pretestība ir mazāka par tāda paša garuma artērijas sekcijas hidraulisko pretestību (artērijas rādiuss 2,5 mm)? Asins viskozitāte artērijā ir 0,9 no asiņu viskozitātes aortā.
Cik reižu jāpaaugstinās asinsspiedienam liela asinsvada sākumā, lai, tā lūmenam sašaurinoties par 30%, spiediens trauka izejā un tilpuma asins plūsmas ātrums paliktu nemainīgs? Ja nav sašaurināšanās, spiediena kritums traukā ir 0,2 no spiediena trauka sākumā.
bioloģijā, pediatrijas zinātņu kandidāte, asociētā profesore Osipova I.V. metodiskā norādījumi studentam ieslēgts studējot disciplīnāsDisciplīna"Ārpusstundu metodika...
Asinis un eritrocīti. Turpinām publicēt materiālus par asinīm.
Kā izskatās eritrocīts? Normālos fizioloģiskos apstākļos asinsritē eritrocītiem ir abpusēji ieliekta forma ar vienmērīgu sabiezējumu gar malām un ar centrālo šķiltavu daļu - pelloru.
Gaismas optiskā pētījumā normālam eritrocītam, kas regulāri iekrāsots ar skābām krāsvielām, ir diska forma ar diametru 6,9–7,7 un līdz 9,0 mikroniem. Atkarībā no izmēra eritrocītus iedala mikro- un makrocītos, bet lielāko daļu no tiem pārstāv normocīti/diskocīti.
Eritrocītu morfofunkcionālās īpašības
Eritrocīts ir bez kodola abpusēji ieliekta šūna ar vidējo tilpumu 90,0 µm 3 un laukumu 142 µm 2 . Tās lielākais biezums ir 2,4 µm, minimālais ir 1 µm.
Žāvētajā preparātā vidējais eritrocīta izmērs ir 7,55 µm; 95% no tās sausnas nonāk uz dzelzi saturošā proteīna hemoglobīna un tikai 5% - uz citu vielu (citu proteīnu un lipīdu) daļu. Šādas šūnas veido absolūto vairākumu – vairāk nekā 85% – veselo cilvēka eritrocītu.
Eritrocītu dīgļu kodola formas ir viegli atšķiramas no vairuma leikocītu sērijas šūnu, jo to citoplazmā nav granulu (kļūdas ir iespējamas tikai tad, ja tiek identificētas blastu šūnas). Eritroblastiem raksturīgs granulētāks un blīvāks kodolhromatīns.
Eritrocīta diska centrālais dobums (pellors) aizņem 35 līdz 55% no tā virsmas, un šķērsgriezumā eritrocītam ir virtuļa forma, kas, no vienas puses, nodrošina hemoglobīna saglabāšanos un no otras puses, ļauj eritrocītam iziet cauri pat plānākajiem kapilāriem. Šobrīd pieejamie eritrocītu struktūras modeļi atbilst šīs šūnas specifisko īpašību koncepcijai, jo īpaši tās membrānai, kas, neskatoties uz jutīgumu pret deformējošu spiedienu, nodrošina izturību pret lieci un kopējās virsmas palielināšanos.
Literatūras dati liecina, ka eritrocītu membrānas izmērs un deformējamība ir to svarīgākie raksturlielumi, kas saistīti ar šo šūnu normālu darbību, tai skaitā augstu migrācijas spēju, līdzdalību vielmaiņas procesos (galvenokārt skābekļa apmaiņā).
Eritrocītu mikroelastometrisko īpašību izmaiņas un diskocītu "pārvēršanos" citās morfoloģiskās formās var izraisīt dažādi aģenti. Tādējādi virspusēju izaugumu parādīšanās noved pie membrānas elastības samazināšanās, kas var būt saistīta ar pretējiem spēkiem, kas rodas pašā eritrocītu deformācijas procesā; deformācija palielinās līdz ar ATP koncentrācijas samazināšanos šūnās.
Ja tiek pārkāpta šūnas membrānas integritāte, eritrocīts zaudē tai raksturīgo formu un pārvēršas par sferoplastu, kas, savukārt, tiek hemolizēts. Eritrocītu membrānas (diskocīta) struktūra ir vienāda visā; un, neskatoties uz to, ka dažādās tās daļās var rasties ieplakas un izspiedumi, intracelulārā vai ārpusšūnu spiediena izmaiņas ar izplatību ± 15% neizraisa visas šūnas grumbu veidošanos, jo tai ir ievērojama "pretdeformācijas" robeža. . Eritrocītu membrānai ir pietiekama elastība, lai izturētu dažādu faktoru ietekmi, kas rodas eritrocīta cirkulācijas laikā caur asinsriti.
Eritrocītu membrānas sastāvā ietilpst: fosfolipīdi (36,3%), sfingomielīni (29,6%), holesterīns (22,2%) un glikolipīdi (11,9%). Pirmie divi elementi ir amfifilas molekulas ūdens vidē, veidojot raksturīgu lipīdu divslāņu slāni, kas ir arī caurstrāvots ar integrālām olbaltumvielu molekulām, kas saistītas eritrocīta iekšpusē ar tā citoskeletu.
Membrānas lipīdi ir šķidrā stāvoklī, tiem ir zema viskozitāte (tikai 10-100 reizes lielāka par ūdens viskozitāti). Lipīdi, sialskābe, antigēni oligosaharīdi, adsorbētie proteīni atrodas uz membrānas ārējās virsmas; membrānas iekšējo virsmu attēlo glikolītiskie enzīmi, nātrijs un kalcijs, ATPāze, glikoproteīni un hemoglobīns.
Membrānas dubultais lipīdu slānis veic trīs funkcijas: barjeras funkciju joniem un molekulām, strukturālo pamatu receptoru un enzīmu (olbaltumvielu, glikoproteīnu, glikolipīdu) darbībai un mehānisko. Īstenojot specializētu, elpošanas funkciju - skābekļa vai oglekļa dioksīda pārnesi, galvenā loma ir membrānas proteīniem, kas "iegulti" lipīdu divslānī. Nobrieduši eritrocīti nav spējīgi sintezēt nukleīnskābes un hemoglobīnu; tām raksturīgs zems vielmaiņas līmenis, kas nodrošina pietiekami ilgu šo šūnu dzīves periodu (120 dienas).
Eritrocītam novecojot, tā virsmas laukums samazinās, bet hemoglobīna saturs paliek nemainīgs. Konstatēts, ka "nobriedušā" vecumā eritrocīti ilgstoši saglabā nemainīgu ķīmisko sastāvu, bet, šūnām novecojot, ķīmisko vielu saturs tajos pamazām samazinās. Eritrocītu citoskeletu veido un kontrolē daudzgēnu un ar membrānu saistītas proteīnu "ģimenes", kas organizē specializētus membrānas domēnus, kas uztur šīs ļoti specializētās šūnas funkciju un formu.
Eritrocītu elektriskais potenciāls
Eritrocītu membrāna satur 50% olbaltumvielu, līdz 45% lipīdu un līdz 10% ogļhidrātu. Uz veselu šūnu virsmas lādiņu "tīklveida" sadalījumu nosaka sialskābi (neitrāla) saturošs glikoproteīns, kas nosaka līdz pat 62% no šūnas virsmas negatīvā lādiņa.
Tiek uzskatīts, ka katrs elektriskais lādiņš atbilst 1 šīs skābes molekulai. Sialskābes zudums eritrocītu virsmā izraisa tā elektroforētiskās mobilitātes (EPM) samazināšanos un katjonu transporta nomākšanu. Līdz ar to uz šūnas virsmas veidojas lādiņu "mozaīka", ko nosaka katjonu un anjonu grupas, kuru attiecība nosaka kopējo eritrocītu elektrisko lādiņu.
Lai uzturētu optimālu homeostāzes stāvokli, asins šūnām jābūt stabilam lādiņam. EFP augsto stabilitāti nodrošina smalks tās regulēšanas mehānisms - lipīdu peroksidācijas (LPO) procesu līdzsvars eritrocītu membrānās un antioksidantu sistēmas aizsargājošais efekts.
Empīriski noskaidrots, ka antivielu receptori atrodas uz eritrocītu membrānas, un pat neliela to daudzuma klātbūtne uz virsmas var izjaukt normālas fizioloģiskās funkcijas organismā un izmainīt eritrocītu EFP. Tas var ietekmēt hemoglobīna līmeni pēdējā, jo hemoglobīna un EFP saturs ir stingri saskaņots.
Jāņem vērā arī tas, ka negatīvu faktoru ekstrēmā ietekmē uz organismu lipīdu peroksidācijas produkti ietekmē eritrocītu elektrokinētiskās īpašības. Savukārt to membrānās tas atspoguļojas peroksīda procesu ātrumā.
Pateicoties līdzīgi uzlādētu eritrocītu šūnu elektrostatiskajai atgrūšanai (pēc Čiževska teiktā, “izplatīšanās”), tās brīvi pārvietojas pa asinsvadiem, veicot skābekļa transportēšanas funkciju. Tāpēc lādiņa stabilitātes pārkāpumu var uzskatīt par neatņemamu ķermeņa patoloģisko izmaiņu rādītāju.
2. Kāds ir attālums uz eritrocītu membrānas virsmas, kādu fosfolipīdu molekula veic 1 sekundē laterālās difūzijas rezultātā? Ņem sānu difūzijas koeficientu, kas vienāds ar 10–12 m2/s. Salīdziniet ar eritrocīta apkārtmēru, kura diametrs ir 8 µm.
3. Membrānas fosfolipīdu fāzes pārejas laikā no šķidro kristālu stāvokļa uz gēlu mainās divslāņu biezums. Kā šajā gadījumā mainīsies membrānas kapacitāte? Kā mainīsies elektriskā lauka stiprums membrānā?
4. Kā mainīsies membrānas elektriskā kapacitāte (specifiskā) tās pārejas laikā no šķidro kristālu stāvokļa uz gēlu, ja tā ir zināma
5. Aprēķināt nostādināšanas laiku un lēcienu biežumu no viena membrānas slāņa uz otru sarkoplazmatiskā tīkla lipīdu membrānām, ja laterālās difūzijas koeficients D=12 μm 2 /s, vienas fosfolipīda molekulas aizņemtais laukums A= 0,7 nm2.
6. Aprēķināt caurlaidības koeficientu vielai, kuras plūsma caur membrānu ir mol/m. Vielas koncentrācija šūnā un ārpusē - mol / l.
7. Cik reizes intracelulārajai kālija jonu koncentrācijai jāpārsniedz ārējā, lai miera potenciāls būtu 91mV. Aprēķiniet šūnas temperatūru.
8. Aprēķiniet izkliedes koeficientu K vielai, ja ar membrānas biezumu 10 nm difūzijas koeficients ir 7,2 * 10 cm un caurlaidības koeficients ir 14 cm / s.
9. Vielu molekulu koncentrācijas atšķirība uz noteiktas šūnas membrānas ir 48 mmol / l, sadalījuma koeficients starp membrānu un vidi ir 30, difūzijas koeficients ir 1,5 * 10, plūsmas blīvums ir 25 mol / m. Aprēķiniet šīs membrānas biezumu.
10. Atrodiet Mycoplasma plazmas membrānas caurlaidības koeficientu formamīdam, ja ar šīs vielas koncentrāciju starpību membrānas iekšpusē un ārpusē, kas vienāda ar 0,5 * 10, tās plūsmas blīvums caur membrānu ir 8 * 10 cm / s. .
17. Lipīdu poras kritiskais rādiuss membrānā ir atkarīgs no poras malas spraiguma , membrānas virsmas spraiguma un membrānas potenciāla . Atvasiniet kritiskā poru rādiusa formulu. Aprēķiniet kritisko poru rādiusu, ja nav membrānas potenciāla. Poru malas spraigumu ņem 10 - 11 N, lipīdu divslāņu virsmas spraigumu 0,3 mN/m.18. Membrānas fosfolipīdu fāzes pārejas laikā no šķidro kristālu stāvokļa uz gēlu mainās divslāņu biezums. Kā šajā gadījumā mainīsies membrānas kapacitāte? Kā mainīsies elektriskā lauka stiprums membrānā?
19. Membrānas fosfolipīdu fāzes pārejas laikā no šķidro kristālu stāvokļa uz gēlu mainās divslāņu biezums. Kā šajā gadījumā mainīsies membrānas kapacitāte? Kā mainīsies elektriskā lauka stiprums membrānā?20. Kā mainīsies membrānas elektriskā kapacitāte (specifiskā) tās pārejā no šķidro kristālu stāvokļa uz gēlu, ja ir zināms, ka šķidro kristālu stāvoklī hidrofobā slāņa biezums ir 3,9 nm, un gēlā stāvoklis - 4,7 nm. Lipīdu dielektriskā konstante 2.
21. Cilvēka asiņu osmotiskais spiediens ir 0,77 MPa. Cik molu NaCl sāls jāsatur izotoniskā sāls šķīdumā 200 ml ūdens 37 0 C temperatūrā?
22. Pārreģistrējot tā paša parauga KMR spektru, temperatūra mainījās, spektra līnijas kļuva šaurākas. Kādā virzienā temperatūra mainījās: pazeminājās vai paaugstinājās?
23. Atrodiet elektromagnētiskā viļņa garumu, pie kura rodas EPR magnētiskajā laukā ar magnētisko indukciju 0,3T. Ņemiet Lande koeficientu, kas vienāds ar divi.
24. Strāva plūst pa kontūru ar rādiusu 0,5 m. Atrodiet šīs strāvas stiprumu, ja ir zināms, ka ķēdes B magnētiskais moments.
26. Noteikt kaila cilvēka siltuma starojuma jaudu ar S = 1 m 2 ķermeņa virsmas, ja ādas temperatūra t 1 = 30 0 C, apkārtējā vide t 2 = 20 0 C. Ādas absorbcijas koeficients k = 0,9
27. Cilvēka ķermeņa starojuma intensitāte palielinājās par 2,62%. Par cik procentiem paaugstinājās temperatūra?
28. Noteikt viļņa garumu, kas atbilst cilvēka ķermeņa enerģijas spožuma maksimālajam spektrālajam blīvumam, uzskatot to par pelēku ķermeni. Ādas temperatūra t=30 0 C.
29. Nosaka vielu dabiskās molārās absorbcijas indeksu, ja tā koncentrācijai šķīdumā c = 0,03 mol / l šķīduma optiskais blīvums ir D = 1. Kivetes garums l= 2 cm.
30. Vērojot sarkano asins šūnu kustību kapilārā mikroskopā, var izmērīt asins plūsmas ātrumu (). Vidējais asins plūsmas ātrums aortā ir. Pamatojoties uz šiem datiem, nosakiet, cik reižu visu funkcionējošo kapilāru summa ir lielāka par aortas šķērsgriezumu.
31. Aprēķināt elektronu mikroskopa izšķirtspējas robežu z, ja tajā paātrinājuma spriegums ir U=100 kV, apertūras leņķis ir u=10 -2 rad.
32. Aprēķināt asins viskozitāti pie normāla hematokrīta (c=45%), ja plazmas viskozitāte ir
33. Aprēķināt maksimālo asiņu minūšu tilpumu Qmax, pie kura asins plūsma aortā paliek lamināra. Aortas diametrs d=2 cm, asiņu viskozitāte , blīvums , kritiskais Reinoldsa skaitlis Re kr =2000.
34. Pulsa viļņa izplatīšanās ātrums pa artēriju ir v=10 m/s. Noteikt artērijas elastības moduli E, ja tās sienas biezums h=0,7 mm, iekšējais diametrs d=8 mm, asins blīvums
35. Aortas rādiuss ir 1,0 cm; asins plūsmas ātrums aortā ir 30 cm/s. Kāds ir asinsrites ātrums kapilāros, ja kapilāru kopējais šķērsgriezuma laukums ir 2000 cm 2 . (Kapilāra diametrs tiek pieņemts kā , un kapilāru skaits ir vairāk nekā miljons).
36. Medicīnā Doplera efektu izmanto, lai noteiktu atsevišķu bioloģisko struktūru (piemēram, asiņu, sirds vārstuļu) kustības ātrumu. Kā ultraskaņas signāla frekvences izmaiņas, kas atspoguļojas no kustīga objekta, ir saistītas ar tā ātrumu?
37. Horizontāli novietotas šļirces virzulim tiek pielikts spēks F = 10 N. Nosakiet zāļu izplūdes ātrumu v no šļirces adatas, ja zāļu blīvums ir , virzuļa diametrs d = 7 mm un tā laukums ir daudz lielāks par adatas šķērsgriezuma laukumu.
38. Ar kādu ātrumu v ar glicerīnu pildītā traukā uzpeld gaisa burbulis ar diametru d = 4 mm? Glicerīna kinemātiskā viskozitāte, tā blīvums ir daudz lielāks nekā gaisa blīvums.
39. Dažās slimībās kritiskais Reinoldsa skaitlis asinsvados kļūst vienāds ar 1160. Atrodi asins kustības ātrumu, ar kādu iespējama pāreja no lamināras plūsmas uz turbulentu traukā ar diametru 2 mm.
40. Skaņas skaļuma līmenis ir 120 fons, un klusa saruna - tādā pašā attālumā - 41 ph. Nosakiet intensitātes attiecību.
42. Skaņas intensitāte 10-2 W/m2. Atrodiet skaņas spiedienu, ja vides (gaisa) akustiskā pretestība ir 420 kg/m2s.
43. Noteikt skaņas spiediena amplitūdas vērtību tīram tonim ar frekvenci 1000 Hz, pie kura var plīst bungādiņa, ja plīsums notiek skaļuma līmenī L E = 160 phon. (Atbilde tiek izteikta paskalos un atm.)
44. Zāļu izejvielu termiskās apstrādes iekārtā esošais elektriskais sildītājs 10 minūtēs iztvaiko 1 litru ūdens, viskozs 20 0 C temperatūrā. Nosaka nihroma stieples garumu ar šķērsgriezumu 0,5 mm 2, ņemot vērā, ka iekārta tiek darbināta ar 120 V spriegumu un tās efektivitāte ir 80% ?
45. Gaismas intensitāte, kas iziet cauri aspirīna šķīdumam neabsorbējošā šķīdinātājā, absorbcijas dēļ tiek samazināta trīs reizes. Aspirīna molekulu koncentrācija n 0 =10 20 m -3. Gaismas ceļš šķīdumā = 150 mm. Nosakiet aspirīna efektīvās absorbcijas šķērsgriezumu.
46. Noteikt fāzes starpību pulsa viļņā starp diviem artērijas punktiem, kas atrodas attālumā viens no otra, ņemot vērā pulsa viļņa ātrumu, kas vienāds ar v = 10 m/s, sirds svārstības ir harmoniskas ar frekvenci. = 1,2 Hz.
49. Lai uzsildītu muskuļu audus, plakanajiem elektrodiem tiek pielikts spriegums ar amplitūdu U 0 \u003d 250 V un frekvenci \u003d 10 6 Hz. Šīs ķēdes posma aktīvā pretestība R=10 3 Ohm; kapacitāte C= F. Noteikt siltuma daudzumu, kas izdalās audu tilpumā starp elektrodiem svārstību periodā T un procedūras laikā t=10 min.
50. Jonoforēzi izmanto narkotiku ievadīšanai cilvēka organismā. Nosaka atsevišķi jonizēto ārstnieciskās vielas jonu skaitu, kas pacientam tiek ievadīts laikā t=10 min pie strāvas blīvuma 0,05 mA/cm 2 no elektroda ar laukumu S=5 cm 2
EKSĀMENU JAUTĀJUMI
bioloģiskās membrānas. Bioloģisko membrānu veidi un to funkcijas.
Membrānas lipīdu veidi un to īpašības. Divslāņu lipīdu struktūras.
Holesterīns. Lipīdu dinamika membrānā. Fāzu pārejas membrānā.
membrānas proteīni. Membrānas proteīnu veidi un funkcijas.
Bioloģisko membrānu struktūra.
mākslīgās membrānas. Liposomas.
Membrānu struktūras izpētes metodes.
Kapilārās parādības, to nozīme bioloģijā un medicīnā. gāzes embolija.
Vielu transportēšana caur bioloģiskajām membrānām Vielu iekļūšanas veidi šūnā.
Transporta veidi. vienkārša difūzija.
Neelektrolītu transportēšana cauri bioloģiskajām membrānām.
Pasīvā transporta pamatmehānismi.
Jonu transportēšana. Vielu jonu transportēšana kanālos.
Bioloģisko membrānu caurlaidības mehānismi. Jonu kanālu un nesēju uzbūve un funkcijas. Elektroģenēzes mehānismi.
Aktīva transportēšana caur bioloģiskajām membrānām.
Membrānu elektroķīmisko potenciālu molekulārie mehānismi un nervu impulsa izplatīšanās pa uzbudināmu šķiedru.
Elektriskā uzbudināmības jēdziens . Atpūtas potenciāls .
Membrānas potenciāla mērīšanas metodes. Mikroelektrodu tehnoloģija.
darbības potenciāls . Darbības potenciāla rašanās un izplatīšanās mehānisms.
Membrānu elektromehānisko potenciālu molekulāro mehānismu izpētes metodes.
Nervu impulsa izplatīšanās pa uzbudināmu šķiedru.
Biomedicīnas informācijas sensori. Sensoru veidi.
Sensoru mērķis un klasifikācija, raksturlielumi.
Termoelektriskās parādības metālos un pusvadītājos.
Termo sensoru kalibrēšana un vielas temperatūras noteikšana.
Elektrodi bioelektriskā signāla uztveršanai.
Jonu strāvas Hodžkina-Hukslija modelī.
Jonu kanāli šūnu membrānās. Jonu kanāla uzbūve.
Kardiomiocītu darbības potenciāla ģenerēšanas mehānisms.
membrānas potenciāli. Sirds šūnas darbības potenciāls.
Elektrokardiogrāfijas fiziskais pamats. Ierīce, elektrokardiogrāfa darbības princips .. EKG ierakstīšanas pamatpieejas.
EKG reģistrācija un analīzes principi.
Elektroencefalogrāfija. Pamata EEG ritmi. to funkcionālā nozīme.
EEG reģistrācija un analīzes principi. funkcionālie testi.
Piramīdas neironu galvenie elektriskās aktivitātes veidi.
37. Molekulu enerģijas līmeņi (molekulu elektroniskā, vibrācijas un rotācijas enerģija).
38.Elektroniskās pārejas gaismas absorbcijā.
39. Dažu bioloģiski svarīgu savienojumu molekulu absorbcijas spektri.
40. Fotobioloģisko procesu izpētes metodes, izmantojot spektrus.
41. Spektrofotometru ierīce un darbības princips .
42. Spektrofotometrisko pētījumu metožu izpēte vielu koncentrācijas noteikšanai bioloģiskajos šķidrumos.
43. Bioloģisko sistēmu luminiscence.
44. Luminiscence. Dažādi luminiscences veidi.
45. Fotoluminiscence. Stoksa noteikums.
46. Fluorescences kvantu raža. Tripleta līmenis un fosforescence.
47. Bioloģisko objektu fotoluminiscējošā kvalitatīvā un kvantitatīvā analīze.
48. Fluorescējošā mikroskopija. Ķīmiluminiscence, hemiluminiscences ģenerēšanas mehānisms
49. Fotobioloģisko procesu primārās stadijas.
50. Fotobioloģiskās darbības spektri.
51. Primāro fotobioķīmisko reakciju produktu izpēte.
52. Brīvo radikāļu oksidēšanās Olbaltumvielu primārās fotoķīmiskās reakcijas.53. DNS fotoķīmiskā transformācija.
54. Augstas intensitātes lāzera starojuma iedarbības pazīmes uz DNS.
55. Fotoreaktivācija un fotoaizsardzība.
56. Ultravioletās gaismas iedarbība uz bioloģiskajām membrānām.
57. Fotosensibilizēti fotobioloģiskie procesi.
58. Bioloģisko objektu izpēte mikroskopijā.
59. Speciālās bioloģisko objektu mikroskopijas metodes
60. Mikroskopa optiskā sistēma, veidojot objekta attēlu.
61. Optiskā mikroskopa palielinājuma formula.
62. Muskuļu kontrakcijas biofizika . Bīdāmās vītnes modelis.
63. Muskuļu biomehānika. Kalna vienādojums.
64. Vienreizējas kontrakcijas spēks. Muskuļu kontrakcijas simulācija.
65. Elektromehāniskā saskarne
66. Asinsrites sistēma (artērijas, vēnas). Asinsrites mehānisms
67. Asins kustība lielos traukos.
68. Asins plūsmas organizācija mikroasinsvados.
69. Asins šūnu kustība kapilāros.
70. Asins reoloģiskās īpašības noteicošie faktori.
71. Eritrocītu orientācijas formas kapilāros.
72. Asins plūsmas hemodinamiskie modeļi caur traukiem.
73. Asinsrites vispārējie fiziskie un matemātiskie modeļi.
74. Dažādu orgānu un audu reogrāfija . Asinsrites izpētes metodes.
75. Eogrāfiskās līknes reģistrācijas metodes un analīzes principi. Integrālā un reģionālā reogrāfija.
76. Trieciena un minūtes izgrūšanas netiešās reģistrēšanas metodes. Datorintegrētā reogrāfija.
77. Skaņas un bioloģisko audu mijiedarbības fizikālie pamati.
78. Medicīnisko ierīču un ierīču klasifikācija.
79. Enerģijas formas, kas tiek pārveidotas mērpārveidotājā.
80. Medicīniskās ierīces terapeitiskiem nolūkiem.
81. Terapeitiskās elektroniskās medicīnas iekārtas.
82. Augstfrekvences terapijas metodes (HF, UHF, mikroviļņu krāsns u.c.) un to biofizikālā iedarbība.
83. UHF-terapijas aparāta iekārta un darbības princips.
84. Terapeitiskā tehnika, kuras pamatā ir līdzstrāvas izmantošana
85. Cinkošanas aparāta iekārta un darbības princips. Galvanizācijas fizikālā bāze
86. Fotoelektriskie pārveidotāji.
87. Medicīniskās introskopijas pamattehniskie līdzekļi.
88. Sensoru konstrukcijas un to galvenie raksturlielumi.
89. Ierīces ārējās elpošanas funkcijas mērīšanai
90. Krūškurvja kustību reģistrēšana elpošanas kustību laikā. Pneimonogrāfija, spirometrija, spirogrāfija.
Praktisko iemaņu saraksts
reģistrēt EEG., RG
reģistrēt EKG standarta pievados;
prast izskaidrot EKG parādību ģenēzi un to noteikšanas metodes.
iemācīties veidot elektrokardiogrāfisko diagnozi.
reģistrēt fiziskos parametrus,
apstrādāt mērījumu rezultātus, izmantojot skaitļošanas rīkus;
mērīt vielu koncentrāciju, izmantojot fotometriskos instrumentus.
risina bioloģiskā objekta un tehnisko līdzekļu optimālas sapārošanas problēmu biomedicīnas pētījumos;
izvēlēties pareizos tehniskos līdzekļus medicīnisko problēmu risināšanā
1. No tā tika secināts, ka eritrocītu membrāna sastāv no lipīdu molekulām, kas sakārtotas divos slāņos.
Acīmredzot šis Gortera un Grendela secinājums izrādījās pareizs tikai savstarpējas kļūdu kompensācijas dēļ, tomēr vēsturiskā ziņā šim darbam bija liela nozīme, jo kopš tā laika lipīdu divslāņa jēdziens kā bioloģiskā strukturālā pamats. membrānas ir kļuvušas dominējošas un patiesībā izrādījās pareizas.
Bimolekulārās lipīdu membrānas koncepcija tika tālāk attīstīta 1935. gada Devson-Danielli modelī jeb "sviestmaižu" modelī, kurā tika pieņemts, ka proteīni pārklāj lipīdu divslāņu virsmu. Šis bija neparasti veiksmīgs modelis, un nākamo 30 gadu laikā daudzi eksperimentālie dati, īpaši tie, kas iegūti, izmantojot rentgenstaru difrakciju un elektronu mikroskopiju, pilnībā apstiprināja tā atbilstību. Taču tajā pašā laikā tika atklāts, ka membrānas pilda ļoti dažādas funkcijas, un, lai izskaidrotu šo fenomenu, sākotnējais Devsona-Danielli modelis tika vairākkārt pārveidots.
Straujais progress membranoloģijā, kura rezultātā ir veidojušies mūsdienīgi jēdzieni, lielā mērā ir panākts, pateicoties progresam membrānas proteīnu īpašību izpētē. Elektronu mikroskopiskie pētījumi, izmantojot sasaldēšanas-bīdes metodi, parādīja, ka membrānās ir iestrādātas lodveida daļiņas. Tikmēr bioķīmiķiem, izmantojot mazgāšanas līdzekļus, izdevās atdalīt membrānas līdz funkcionāli aktīvo "daļiņu" stāvoklim. Spektrālie dati liecināja, ka membrānas proteīniem ir raksturīgs augsts a-spirāļu saturs un ka tie, iespējams, veido globulas, nevis tiek izplatīti kā vienslānis lipīdu divslāņu virsmā. Membrānas proteīnu nepolārās īpašības liecināja par hidrofobu kontaktu klātbūtni starp olbaltumvielām un lipīdu divslāņu iekšējo nepolāro reģionu. Tajā pašā laikā tika izstrādātas metodes, kas ļāva atklāt lipīdu divslāņu plūstamību. Dziedātājs un Nikolsons apvienoja visas šīs idejas, lai izveidotu plūstošu mozaīkas modeli. Šajā modelī membrāna ir attēlota kā šķidrs fosfolipīdu divslānis, kurā ir iegremdēti brīvi izkliedējoši proteīni. Vecais Devson-Danielli modelis bija statisks un veiksmīgi izskaidroja tajā laikā pieejamos strukturālos datus, kas iegūti ar diezgan zemu izšķirtspēju. Tajā pašā laikā kopš 1970. gada liela uzmanība tiek pievērsta dinamisko īpašību un to saistību ar membrānas funkcijām izpētei. Pēdējos gados arī šķidrās mozaīkas modelis ir modificēts, un šis process turpināsies. Jo īpaši tagad ir kļuvis skaidrs, ka ne visi membrānas proteīni brīvi izkliedējas šķidrajā lipīdu divslānī. Ir dati par sānu j-domēnu esamību pašā membrānā. Arī citoskeleta loma tiek rūpīgi pētīta. Kļūst arvien skaidrāks, ka dažas membrānu daļas pēc struktūras atšķiras no klasiskā lipīdu divslāņa. Neskatoties uz to, pārskatāmā nākotnē šķidruma mozaīkas modelis tā dažādajās modifikācijās kalpos par konceptuālu pamatu daudziem membrānas pētījumiem.
3. Membrānu morfoloģijaDivām metodēm bija liela nozīme membrānu morfoloģijas noskaidrošanā: rentgenstaru difrakcijai un elektronu mikroskopijai. Tieši ar viņu palīdzību tika apstiprināta divslāņu modeļa pareizība. Tomēr jāpatur prātā, ka abām šīm metodēm ir vairāki ierobežojumi, lai noskaidrotu detalizētu priekšstatu par membrānu molekulāro organizāciju.
3.1 Rentgenstaru difrakcija
Augsti sakārtotu kristālisko paraugu izpētē, izmantojot rentgenstaru difrakcijas metodi, ir iespējams iegūt informāciju par struktūru ar augstu izšķirtspēju. Slikti pasūtītu preparātu gadījumā šīs metodes iespējas ir ierobežotas. Dažām specializētām membrānu sistēmām jau ir regulāra struktūra, un tāpēc tās var pētīt ar rentgenstaru difrakcijas metodēm. Šāda veida piemērs ir perifēro nervu šķiedru mielīna apvalks; tā ir membrāna, kas, atkārtoti apvijoties ap aksonu, veido regulāru koncentrisku membrānas struktūru sistēmu. Mielīna rentgenstaru difrakcijas pētījumi, kas veikti pagājušā gadsimta trīsdesmitajos gados, apstiprina membrānu divslāņu modeļa atbilstību. Tas pats secinājums izdarīts, izpētot mugurkaulnieku tīklenes stieņu ārējo segmentu, kas ir dabiski sakārtotas membrānu sistēmas, kā arī mākslīgi sakārtotas sistēmas, kas veidojas no mitohondrijiem un eritrocītiem iegūto membrānu pūslīšu sabrukšanas laikā centrifugēšanas apstākļos. . Visos šajos gadījumos tika novērots līdzīgs elektronu blīvuma sadalījums membrānā, kas parādīts 1.4.
Lai interpretētu rentgenstaru difrakcijas datus, nepieciešams noteikt ne tikai atstarojumu intensitātes, bet arī to fāzes. Regulāri iesaiņotu membrānu sistēmu gadījumā problēma ir ievērojami vienkāršota, jo šīs sistēmas sastāv no atkārtotiem elementiem ar centrālu simetriju.
Iegūtie dati liecina, ka visu membrānu struktūra ir līdzīga: tām ir hidrofobs iekšējais apgabals ar zemu elektronu blīvumu un divi polāro grupu slāņi ar augstu elektronu blīvumu. Rentgenstaru difrakcijas dati par dažādām membrānām atšķiras tikai nedaudz, neskatoties uz lielajām atšķirībām to olbaltumvielu saturā. Lai gan rentgenstaru difrakcijas dati sniedz zināmu informāciju par to, kā membrānā atrodas lielākā daļa membrānas proteīnu, kopumā rentgenstaru difrakcijas analīzes metode nesniedz detalizētu molekulāro attēlu.
Vilkinss un citi 1971. gadā atzīmēja, ka rentgenstaru difrakciju var izmantot arī membrānu un fosfolipīdu ūdens dispersiju pētīšanai. Šajā gadījumā atstarojumi, ko rada polārie apgabali abās divslāņa pusēs, ļauj atrast tā biezumu, kas vienāds ar attālumu starp polārajām galvām, un attālumu starp šīm ķēdēm var noteikt pēc atstarojumiem, ko rada sakārtotas ogļūdeņraža ķēdes. . Arī šajā gadījumā membrānas preparāti, kas iegūti no dažādiem avotiem, deva līdzīgu difrakcijas modeli, kas apstiprina divslāņu modeļa universālumu.
Neiespējamība iegūt detalizētu molekulāro modeli, izmantojot difrakcijas metodi, ierobežo šīs metodes pielietojumu bioloģisko membrānu izpētē. Tomēr tas var būt ļoti noderīgs sakārtotu lipīdu-ūdens sistēmu izpētē.
3.2. Elektronu mikroskopija
Plāno mielīna daļu un faktiski visu citu membrānu transmisijas elektronu mikroskopija atklāj raksturīgu trīsslāņu struktūru, kas sastāv no divām elektronu blīvām joslām, kuras atdala aptuveni 80 A atstarpe. Šis attēls lielā mērā ir iegūts kā Preparātu apstrādes ar osmija tetroksīdu rezultāts, ko parasti izmanto šajā metodē. Robertsons nosauca novēroto struktūru par "vienotu", lai uzsvērtu tās universālumu, un, lai gan molekulārie mehānismi membrānas krāsošanai ar osmiju nav zināmi, šī struktūra tika uzskatīta par membrānas divslāņu modeļa derīguma apstiprinājumu. Tomēr ir skaidrs, ka, sagatavojot paraugus transmisijas elektronu mikroskopijai, membrānas var negatīvi ietekmēt. Jo īpaši ir zināms, ka ārstēšana ar osmija tetroksīdu izraisa ievērojamu olbaltumvielu zudumu no eritrocītu membrānas. Un, lai gan šajā gadījumā novērotā trīsslāņu struktūra zināmā mērā atspoguļo divslāņu membrānu organizāciju, ar šo metodi nevar iegūt sīkāku informāciju par olbaltumvielu lokalizāciju.
Zināmu informāciju par membrānas proteīnu izvietojumu sniedza jaunas metodes, kas nu jau kļuvušas par "klasiskām" – sasaldēšanas-šķelšanas un sasaldēšanas-kodināšanas metodes. Šādos gadījumos preparāti tiek ātri sasaldēti, nepakļaujot tos nekādai kaitīgai iedarbībai, piemēram, iegūstot plānas sekcijas. Zāļu sagatavošanas process ietver šādas darbības.
Pēc sasaldēšanas paraugu, kas ir šūnu vai membrānu suspensija, zemā temperatūrā augstā vakuumā nogriež ar nazi. Spēki, kas rodas šķeldošanas laikā, noved pie griezuma veidošanās, kas iet cauri paraugam. Izrādījās, ka tad, kad griezuma plakne iziet cauri membrānai, tā sadalās galvenokārt gar tās vidējo reģionu un sadalās divās daļās. Rezultātā membrānas iekšējais reģions tiek pakļauts izveidotajām šķelšanās plaknēm.
Ja nepieciešams, paraugu pakļauj kodināšanai - parasto ledus sublimāciju veic vakuumā. Tas ļauj labāk vizualizēt šūnu membrānu virsmas struktūras.
Pēc tam tiek iegūta tā sauktā kopija no atklātās virsmas. Tieši šī kopija tiek pētīta elektronu mikroskopā. Lai iegūtu kopiju, platīnu vispirms uzklāj uz parauga aptuveni 45° leņķī, lai atklātu preparāta topoloģiskās īpašības. Tad platīna kopijai tiek piešķirta mehāniskā izturība, uzklājot uz tās oglekļa slāni. Pēc tam preparāts tiek atkausēts, kopija uzpeld un tiek noķerta, izmantojot īpašu tīklu.
Raksturīgākās struktūras, kas novērotas, pētot membrānas ar sasaldēšanas-šķelšanās metodi, ir daudzas intramembrānas daļiņas ar diametru no 80 līdz 100 Å, kas atrodas membrānas šķelšanās plaknē. Parasti tie atrodas nejauši, bet dažreiz tie veido grupas. Daudzi pētījumi ir parādījuši, ka šīs daļiņas, iespējams, ir membrānas proteīni. Interesanti, ka plānu sekciju elektronu mikroskopija šādas struktūras neatklāj. Replikas, kas iegūtas no divām sadalītās membrānas pusēm, ne vienmēr ir topoloģiski komplementāras. Tas nozīmē, ka dažas daļiņas ir saistītas tikai ar vienu no membrānas pusēm. Sasaldēšanas datus plaši izmantoja Singers un Nikolsons membrānu šķidruma mozaīkas modeļa izstrādē, jo tie pārliecinoši parādīja, ka lodveida proteīni atrodas ne tikai uz membrānas virsmas, bet arī divslāņa iekšpusē.
1.6. attēlā parādīts proteoliposomu preparāta, kas rekonstruēts no olu fosfatidilholīna, un nefrakcionēta 3. joslas proteīna preparāta no cilvēka eritrocītu membrānas elektronu mikrogrāfs; Preparāts iegūts ar sasaldēšanas-šķelšanas metodi.
3. joslas proteīns ir galvenā eritrocītu membrānas proteīna sastāvdaļa, un ir zināms, ka tā transportē anjonus. Ja fosfolipīdu pūslīši nesatur šo proteīnu, tad iegūtajiem saldētajiem skaidu preparātiem ir gluda virsma.
Iestrādājot 3. joslas proteīnu fosfolipīdu pūslīšos, uz šķelšanās vietām parādās intramembrānas daļiņas, kuras praktiski neatšķiras no eritrocītu membrānās novērotajām daļiņām. Turklāt pie pH 5,5 eritrocītu membrānā redzamās daļiņas agregējas, un šī agregācija tiek veikta 3. joslas proteīna mijiedarbības rezultātā ar diviem citiem proteīniem, spektrīnu un aktīnu.
Pēdējās ir citoskeleta sastāvdaļas, kas atrodas uz eritrocītu membrānas iekšējās virsmas. Rekonstruētā sistēma, kas sastāv no 3. joslas proteīna un fosfatidilholīna, darbojas līdzīgi, daļiņu agregācija tiek novērota spektrīna un aktīna klātbūtnē pie pH 5,5, bet ne pie pH 7,6.
Šie dati vēl vairāk nostiprināja membrānas proteīnu jēdzienu kā lodveida daļiņas, kas brīvi pārvietojas membrānas plaknē. Interesanti, ka ar sasaldēšanas-čipēšanas metodi iegūto preparātu statiskās mikrofotogrāfijas palīdzēja pētniekiem pētīt membrānu dinamiskās īpašības. Kā mēs redzēsim, membrānās ir daudz olbaltumvielu, kas nevar brīvi peldēt lipīdu jūrā.
4. Membrānu izolācijaPēdējo trīs desmitgažu laikā ir kļuvis arvien skaidrāks, ka lielākā daļa šūnu funkciju tiek veiktas, tieši piedaloties membrānām.
Gan augu, gan dzīvnieku šūnas ir sadalītas nodalījumos, un daudzām citoplazmas organellām, kā parādīts 1.1. sadaļā, ir membrānas raksturs.
Papildus vairumam šūnu raksturīgajām organellām ir arī specializētas membrānu sistēmas, piemēram, muskuļu šūnu sarkoplazmatiskais tīklojums, perifēro nervu šķiedru mielīna apvalks, hloroplastu tilakoīdu membrānas un disku membrānas tīklenes stieņos. Prokariotiem organismiem ir arī membrānas, lai gan tās nav tik attīstītas kā eikariotiem.
Grampozitīvām baktērijām, piemēram, Bacillus subtilis, ir tikai citoplazmas membrāna, savukārt gramnegatīvajām baktērijām, piemēram, Escherichia coli, ir arī ārējā membrāna, kas atrodas uz plānas peptidoglikāna šūnas sienas.
Dažas specializētas organellas ir atrastas arī prokariotu šūnās. Dažiem dzīvniekiem patogēniem vīrusiem, piemēram, apvalkotajiem vīrusiem, ir patiesa membrāna, un šādas membrānas ir izrādījušās ārkārtīgi interesantas pētīt.
Membrānu izpēte, kā likums, ir saistīta ar to attīrīšanu, un katram membrānas veidam ir raksturīgi savi sagatavošanas izolācijas nosacījumi.
Tātad, ja jums ir jāizpēta jebkuru šūnu plazmas membrāna, tad vispirms ir jāizolē šīs šūnas no audiem. Pēc tam ir jāizvēlas optimālie apstākļi šūnu izjaukšanai un interesējošo membrānu atdalīšanai no citiem šūnu komponentiem. Izolētu membrānu tīrības kritēriji ir pelnījuši īpašu uzmanību.
4.1. Šūnu iznīcināšana
Vēlams izvēlēties tehniku, kas efektīvi iznīcina pašas šūnas, vienlaikus saglabājot izolējamo membrānu struktūru. Daudzām dzīvnieku šūnām var izmantot salīdzinoši maigu procedūru, piemēram, homogenizāciju ar stikla sienu Downs vai Potter-Elveheim homogenizatoriem ar teflona piestu. Šajā gadījumā šūnas tiek iznīcinātas bīdes spēku dēļ, kas rodas, suspensiju izspiežot caur šauru spraugu starp teflona piestu un homogenizatora stikla sienu. Ar šo apstrādi plazmas membrāna "sairst" un saites starp dažādām organellām tiek iznīcinātas, vienlaikus saglabājot pašu organellu integritāti. Izmantojot šo procedūru, vienu no otra var atdalīt arī specializētos plazmas membrānas reģionus, piemēram, epitēlija šūnu membrānas bazolaterālos vai apikālos reģionus. Ir vēlams darboties apstākļos, kuros tiek saglabāta organellu integritāte, lai samazinātu hidrolītisko enzīmu izdalīšanās iespēju un atvieglotu turpmākās membrānas atdalīšanas darbības.
Lai iznīcinātu šūnas ar sienu, ir nepieciešamas stingrākas metodes. Dažreiz, pirms šūnas tiek iznīcinātas, tās vispirms apstrādā ar fermentiem, kas sadala šūnas sienas sastāvdaļas, lai veicinātu tās turpmāko iznīcināšanu. Piemēram, E. coli šūnu iznīcināšanai izmanto apstrādi ar Tris-EDTA buferšķīdumu un lizocīmu. Stingrākas metodes ietver šūnu berzēšanu, apstrādi ar ultraskaņu un izspiešanu. Slīpēšana parasti tiek veikta dažādu abrazīvu materiālu - smilšu, alumīnija oksīda vai stikla lodīšu klātbūtnē. Nelielus materiāla apjomus var samalt javā un piestā, bet lielākiem apjomiem jāizmanto speciālas mehāniskas ierīces. Baktēriju šūnas bieži tiek iznīcinātas, izmantojot ultraskaņu. Tiek uzskatīts, ka šajā gadījumā iznīcināšana notiek bīdes spēku ietekmē, kas rodas kavitācijas rezultātā. Tie paši spēki rodas, kad šūnu suspensija tiek izspiesta caur nelielu caurumu, piemēram, kad šūnas tiek iznīcinātas, izmantojot franču presi. Ir daudz dažādu šo metožu, un to izvēle ir atkarīga no pētāmās membrānas sistēmas īpašībām.
Jāņem vērā, ka šūnu iznīcināšanas laikā iegūtie membrānas fragmenti parasti spontāni veido pūslīšus. Piemērs ir:
1) mikrosomas, kas iegūtas no plazmas membrānas, endoplazmatiskā tīkla vai specializētām sistēmām, piemēram, sarkoplazmas membrānas;
2) iesniedzohondriju daļiņas no iekšējās mitohondriju membrānas;
3) sinaptosomas, kas veidojas, noraujot nervu galus sinaptisko kontaktu zonā;
4) baktēriju membrānas pūslīši, kas veidojas no E. coli plazmas membrānas. Vezikulas veidojas arī no citām membrānu sistēmām, piemēram, no Golgi aparāta membrānām. To lielums vairumā gadījumu ir ļoti atkarīgs no šūnu iznīcināšanas metodes. Tas ir īpaši svarīgi, jo vezikulu lielums lielā mērā nosaka to sedimentācijas ātrumu centrifugēšanas laikā un to uzvedību turpmākajos membrānas attīrīšanas posmos. Dažas membrānas neveido pūslīšus, jo īpaši dzīvnieku šūnu sānu virsmu membrānas, kas saskaras viena ar otru. Kad šādas šūnas tiek iznīcinātas, tiek norauts pāris blakus esošu membrānas fragmentu, ko kopā satur saskares laukums. Šādu kontaktu klātbūtne novērš fragmentu slēgšanu pūslīšos, tāpēc membrānas tiek atbrīvotas plākšņu vai lentveida struktūru veidā.
Liela nozīme šūnu iznīcināšanā ir arī pareizai barotnes izvēlei. Piemēram, lai membrānas organellus turētu aizvērtus, jāizmanto barotne, kas ir izoosmotiska to iekšējam saturam. Visbiežāk šim nolūkam izmanto saharozes šķīdumu 0,25-0,30 M koncentrācijā. Dažos gadījumos labāk ir izmantot sorbītu un mannītu. Jāņem vērā, ka izotoniskuma saglabāšanai ir svarīga loma arī turpmākajos neskarto organellu sagatavošanas izolācijas posmos.
4.2. Membrānu atdalīšana
Pašlaik membrānu atdalīšanai visbiežāk izmanto centrifugēšanu. Membrānas daļiņas var klasificēt pēc to sedimentācijas ātruma vai peldošā blīvuma. Pirmo metodi sauc par zonālo centrifugēšanu, un atdalīšana notiek pēc S vērtībām, bet otrā ir izopikniskā centrifugēšana un atdalīšana notiek līdzsvara blīvuma apstākļos. Praksē parasti tiek izmantots kāds šo divu metožu hibrīds. 1.7. attēlā parādīts dažu subcelulāro vienību novietojums "S-g" koordinātu plaknē.
Abscisa parāda daļiņu sedimentācijas koeficientus, un ordināta parāda blīvumu.
Atdalīšanas principu pēc sedimentācijas ātruma var viegli saprast, salīdzinot S vērtības dažādām frakcijām. Piemēram, kodoliem ir salīdzinoši augstas S vērtības, t.i. to sedimentācijas ātrums ir daudz augstāks nekā lielākajai daļai citu subcelulāro organellu. Kodolus var selektīvi granulēt, centrifugējot šūnu homogenātu, atstājot visas pārējās organellas supernatantā. Tajā pašā laikā gludu un raupju endoplazmas tīklu nevar atdalīt, izmantojot zonālo centrifugēšanu.
To blīvuma atšķirības bieži izmanto, lai izolētu dažādas membrānas frakcijas no šūnu homogenāta. Šim nolūkam veic centrifugēšanu blīvuma gradientā. Visbiežāk saharozi izmanto, lai izveidotu blīvuma gradientu, taču šai metodei ir nopietni trūkumi. Lai iegūtu blīvumu, kas nepieciešams dažādu membrānu frakciju atdalīšanai, ir jāsagatavo šķīdumi ar augstu saharozes koncentrāciju, kuriem ir augsta viskozitāte un kuri ir arī hipertoniski. Subcelulāro organellu ievadīšana hipertoniskā saharozes šķīdumā izraisa to dehidratāciju, un turpmāko šķīduma pielāgošanu izotoniskiem apstākļiem bieži pavada organellu sabrukšana un bojājumi. Vēl viena problēma ir tā, ka daudzas membrānas organellas ir caurlaidīgas saharozei. Tas var izraisīt arī organellu osmotisku iznīcināšanu. Saharozes iekļūšana atdalāmās membrānas organellās var mainīt to efektīvo blīvumu.
1.1. tabula. Fiziskais laiks arvien vairāk izmanto citus datu nesējus, lai izveidotu blīvuma gradientu. Dažas no šīm vidēm ir norādītas 1.1. tabulā
Lai atrisinātu šīs problēmas, pēdējās īpašības gradienta medijiem.
1. Fikols. Augstas molekulmasas hidrofilais saharozes polimērs, ar kuru var iegūt šķīdumus C "Blīvums līdz 1,2 g / ml. Tā galvenā priekšrocība ir šķīdumu zemais osmotiskais spiediens salīdzinājumā ar šķīdumiem ar līdzvērtīgu saharozes koncentrāciju. Pateicoties tam, ir iespējams izveidot šķīdumus, kas ir izotoniski visā koncentrāciju diapazonā, jo barotnē papildus tiek iekļauta saharoze vai fizioloģiski pieņemami sāļi. Trūkumi ir iegūto šķīdumu augstā viskozitāte un ievērojami nelineārā viskozitātes un osmolaritātes atkarība no koncentrācija.
2. Metrizamīds. Trijoda aizvietotā glikozes benzamīda metrizamīda šķīdumiem ir lielāks blīvums nekā fikola šķīdumiem tādā pašā koncentrācijā. Metizamīda šķīdumu galvenā priekšrocība ir to ļoti zemā viskozitāte, kas ļauj ātrāk atdalīties.35% metrizamīda šķīdumam ir gandrīz fizioloģiska osmolaritāte, tāpēc lielāko daļu darbību membrānas atdalīšanas laikā var veikt, nepakļaujot tos hipertoniskiem šķīdumiem. Nātrija metrizoāts ir radniecīgs savienojums ar līdzīgām īpašībām kā metrizamīdam, ar vienīgo atšķirību, ka tā šķīdums ir izotonisks aptuveni 20% koncentrācijā. Nātrija metrizoātu galvenokārt izmanto neskartu šūnu izolēšanai. Naikodenz ir arī trijodbenzoskābes atvasinājums, bet tam ir trīs hidrofilas sānu ķēdes. Centrifugējot, tas ātri attīsta savu blīvuma gradientu; izmanto subcelulāro organellu izolēšanai.
Percoll. Silikagela koloidāla suspensija, kas pārklāta ar polivinilpirolidonu. Šis pārklājums samazina silikagela toksisko iedarbību. Perkola galvenā priekšrocība ir tā, ka tas neiekļūst bioloģiskajās membrānās, un tā šķīdumiem ir zema viskozitāte un zema osmolaritāte. Lielā daļiņu izmēra dēļ Percoll šķīduma centrifugēšana mērenā ātrumā rada blīvuma gradienta veidošanos. Tāpēc atdalīšanās parasti notiek ļoti ātri. Centrifugēšanai izmantotā barotne var būt izotoniska visā tilpumā, jo tajā ir iekļauti sāļi vai saharoze. Nav grūti izveidot maigu gradientu, kas ļauj veikt ļoti efektīvu membrānu frakciju atdalīšanu pēc to peldošā blīvuma.
Sorbīts un mannīts. Šīs vielas dažkārt izmanto saharozes vietā, jo saskaņā ar publicētajiem datiem tās caur dažām bioloģiskām membrānām iekļūst sliktāk nekā saharoze.
Ņemiet vērā, ka glicerīnu neizmanto, lai izveidotu blīvuma gradientu, jo tas nevar sasniegt pietiekami augstas blīvuma vērtības. Sārmu metālu sāļus, piemēram, CsCl, izmanto tikai tad, ja ir nepieciešami augsta blīvuma šķīdumi. Tomēr jāpatur prātā, ka koncentrācijās, kas nepieciešamas līdzsvara blīvuma izveidošanai, šiem sāļiem bieži ir kaitīga ietekme uz membrānas organellām.
Lai izolētu membrānas no šūnu homogenātiem, tiek izmantotas arī citas metodes, lai gan ne tik bieži kā centrifugēšana.
1. Fāžu sadalījums. Šajā gadījumā membrānas daļiņu atdalīšanās notiek atbilstoši to virsmas īpašībām. Šim nolūkam tiek veidoti divi nesajaucami dažādu ūdenī šķīstošu polimēru ūdens šķīdumu slāņi. Piemēri ir polietilēnglikola dekstrāna un dekstrānfikola maisījumi. Membrānas daļiņas tiek atdalītas atbilstoši to afinitātei pret šīm fāzēm. Pēdējo var izvēlēties tā, lai membrānas atdalītu pēc to virsmas lādiņa vai hidrofobitātes.
Nepārtrauktas brīvas plūsmas elektroforēze. Šajā gadījumā daļiņu atdalīšanās notiek saskaņā ar to elektrisko lādiņu. Sadalāmās zāles nepārtraukti ievada plānā bufera slānī, kas plūst lejup pa vertikālu sienu. Šajā gadījumā elektriskais lauks tiek pielietots perpendikulāri plūsmas virzienam. Tādējādi daļiņu elektroforētiskā atdalīšana notiek pāri plūstošajam buferim, kas tiek savākts kameras apakšā atsevišķu frakciju veidā.
afinitātes adsorbcija. Atdalīšanas pamatā ir biospecifiska mijiedarbība starp membrānas komponentiem un cieto fāzi. Atklājot monoklonālās antivielas, kļuva iespējams izveidot sagatavošanas metodes, kuru pamatā ir specifisku antigēnu komponentu izmantošana membrānas izolācijai. Iegūtās antivielas var kovalenti piestiprināt pie cieta balsta un ar to palīdzību veikt attiecīgo membrānu specifisko saistīšanu. Visbiežāk šo metodi izmanto, lai izolētu membrānas proteīnus. Viena no problēmām, kas šeit rodas, ir saistīta ar tādu membrānas eluēšanas apstākļu izvēli, kas neizraisītu olbaltumvielu denaturāciju.
Metode, kuras pamatā ir silikagela mikrogranulu izmantošana. Parasti plazmas membrānu daļa veido ne vairāk kā 1°7o no visu eikariotu šūnu membrānu kopējās masas. Tāpēc absolūti tīru plazmas membrānu izolēšana ir saistīta ar lielām grūtībām. Viena pieeja, kas īpaši izstrādāta plazmas membrānu izolēšanai, ir balstīta uz katjonizētu silikagela mikrolodīšu izmantošanu. Šīs granulas ir spēcīgi adsorbētas uz neskartu šūnu plazmas membrānas ārējās virsmas, un ar granulām saistītā plazmas membrānu frakcija ir viegli atdalāma saharozes blīvuma gradientā no citām membrānām, jo granulu blīvums ir lielāks. Šīs metodes iezīme ir tāda, ka iegūtajā preparātā plazmas membrāna ar tās iekšējo virsmu tiek pārvērsta šķīdumā.
4.3. Tīrības kritēriji membrānas frakcijām
Iespējams, objektīvākais izolētās membrānas frakcijas tīrības kritērijs ir kāda unikāla komponenta klātbūtne tajā, kas atrodas tikai šajā membrānā vai tajā dominē. Parasti šādas sastāvdaļas ir fermenti, kurus šajā gadījumā sauc par marķieriem. Marķierenzīmu saraksts, kurus izmanto membrānas frakciju tīrības kontrolei, dots 1.2 tabulā Nosakot fermenta aktivitāti, jāņem vērā, ka tas var būt latentā formā, piemēram, sakarā ar fakts, ka tas ir lokalizēts uz izdalīto membrānas pūslīšu iekšējās virsmas. Pārskatā ir apskatītas citas problēmas, kas saistītas ar izolētu membrānu tīrības novērtēšanu. Jāatzīmē, ka ieteicamās metodes vairumā gadījumu ir labi izstrādātas un standartizētas.
Dažos gadījumos ērtāki membrānas marķieri ir nevis fermenti, bet gan specifiski lektīnu, hormonu, toksīnu vai antivielu receptori. Ja pētāmās sistēmas ir labi raksturotas, tad par membrānas frakcijas tīrību var spriest pēc tās proteīna sastāva, kas noteikts ar poliakrilamīda gēla elektroforēzi nātrija dodecilsulfāta klātbūtnē. Piemēram, gramnegatīvo baktēriju ārējai membrānai ir raksturīgs polipeptīdu kopums, kas citoplazmas membrānā neatrodas.
1.2. tabula Marķieri, ko izmanto, lai kontrolētu no zīdītāju šūnām izolētu membrānas frakciju tīrību
Membrānas frakcija marķiera enzīms Plazmas membrānas 5"-nukleotidāze Sārmaina fosfodiesterāze Na * / K + -ATPāze (bazolaterālā-
epitēlija membrāna šūnas) Adenilāta ciklāze (bazālā hepatocītu membrāna) Aminopeptidāze (membrāna otas apmales epitēlijs) Mitohondriji (iekšējie Citohroma c oksidāze membrāna) Sukcināts-citohroms-c-oksido- reduktāze Mitohondriji (ārējie Monoamīnoksidāze membrāna) Lizosomas Skābā fosfatāze 0-galaktosendāze Peroksisomas katalāze urātu oksidāze D-aminoskābes oksidāze Aparātu membrānas Galaktoziltransferāze golgi Endoplazmas Glikozes-6-fosfatāze tīklojums Holīna fosfotransferāze NADPH-citohroma c-oksido- reduktāze Citozols laktāta dehidrogenāze Citi kritēriji, pēc kuriem var spriest par membrānu tīrību, ir to morfoloģija, ko nosaka, izmantojot elektronu mikroskopiju, un ķīmiskā sastāva īpašības. Piemēram, frakcijas, kas pārstāv plazmas membrānu, Golgi aparātu vai mitohondrijus, var identificēt pēc to morfoloģijas. Dažos gadījumos zāles raksturo holesterīna saturs tajā. Piemēram, mitohondriju membrānas satur daudz mazāk holesterīna nekā Golgi un plazmas membrānas.
Mazgāšanas līdzekļa molekulas vienā micelē. Membrānu pētījumos tiek izmantots diezgan ierobežots mazgāšanas līdzekļu klāsts. Tabulā. 1 attēlo tās, kuras visbiežāk izmanto membrānu šķīdināšanai un rekonstrukcijai. Šiem mazgāšanas līdzekļiem ir raksturīgas diezgan augstas CMC vērtības (10-4-10-2 M) un tas, ka tie pieder pie tā saukto mīksto mazgāšanas līdzekļu kategorijas, tas ir, tādi ...
Divslāņu veidošanās ir īpaša lipīdu molekulu īpašība un tiek realizēta pat ārpus šūnas. Svarīgākās divslāņu īpašības: - spēja pašsalikt - plūstamība - asimetrija. 1.2. Lai gan bioloģisko membrānu galvenās īpašības nosaka lipīdu divslāņa īpašības, lielāko daļu specifisko funkciju nodrošina membrānas proteīni. Lielākā daļa no tiem iekļūst divslānī viena...
pretējā virzienā