Реферат: Метод фиксации потенциала - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Метод фиксации потенциала

Банк рефератов / Биология

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 35 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

12 Метод фикса ции потенциала План Эксперимент с фиксацией потенциала Емкость и ток утечки Токи ионов натрия и калия Избирательные яды для натриевых и калиевых каналов Зависимость ионных токов от мембранного потенциала Инактивация натриевого тока Натриевая и калиевая проводимость как функци я потенциала Количественное описание натриевой и калиевой проводимостей Реконструкция потенциала действия Эксперимент с фикс ацией потенциала Метод фикс ации потенциала (voltage clamp) был разработан Колем и его коллегами, и усовершенст вован Ходжкином, Хаксли и Катцем. Все, что нам необходимо знать для того, ч тобы понять сами эксперименты, это то, что метод позволяет практически м гновенно установить нужный уровень мембранного потенциала и зафиксиро вать его на этом уровне, измеряя при этом мембранный ток. Т ок, протекающ ий через мембрану при скачкообразном изменении потен циала с уровня покоя (– 65 мВ) на деполяризованный уровень (– 9 мВ). Ток, возни кающий в ответ на скачок потенциала, имеет три стадии: (1) короткий выброс выходящего тока, длящийся всего н есколько миллисекунд, (2) ранний входящий ток (3) поздний выходящий ток. Емкость и ток утечк и Первонача льный кратковременный выброс тока представляет собой емкостной ток, об условленный изменением заряда на мембране в результате изменения мемб ранного потенциала. Если усилитель обратной связи способен проводить б ольшие токи, то емкостной ток длится очень недолго. На практике выброс ем костного тока длится около 20 мс, и за ним следует небольшой, но устойчивый выходящий ток. Этот выходящий ток, протекающий через проводимости, активные при потенц иале покоя, называется током утечки. Большей частью это ток ионов калия и хлора, который имеет линейную зависимость от величины смещения потенци ала фиксации от потенциала покоя и наблюдается на всем протяжении скачк а потенциала. Большую часть времени, однако, этот ток замаскирован други ми, гораздо большими по величине ионными токами. Токи ионов натрия и калия Ходжкин и Хаксли показали, что вторая и третья стадии тока обусловлены сначала вхо дом ионов натрия, а затем выходом ионов калия из клетки. Им также удалось в ыделить индивидуальные компоненты тока и рассчитать их величину и врем енной ход. Одним из удобных способов добиться этого послужило удаление и з раствора большей части ионов натрия и замена их на ионы холина (которые не проходят через мембрану). Снизив содержание внеклеточного натрия, уда лось добиться того, что натриевый равновесный потенциал сравнялся с деп оляризованным мембранным потенциалом (– 9 мВ ). Таким образом, суммарный т ок натрия равнялся нулю. Остался только калиевый ток. Натриевый ток был п олучен путем вычитания калиевого компонента из суммарного тока. Избирательные яды для натриевых и калиевых кан алов Со времен первоначальных опытов Ходжкина и Хаксли были найдены удобные фармакол огические средства, позволяющие избирательно блокировать натриевые ил и калиевые токи. Особенно удобным средством блокирования натриевых ток ов оказался тетродотоксин (ТТХ) и его фармакологический спутник саксито ксин (STX). ТТХ представляет собой сильный яд, содержащийся в яичниках и друг их органах рыбы фугу. В своем обзоре Као описывает захватывающую историю этого яда, начинающуюся с его откры тия китайским императором Шун Нунгом (2838-2698 до н. э). Император лично испробо вал 365 различных веществ, составляя свою фармацевтическую коллекцию, и пр ожил на удивление долго. STX синтезируется морским планктоном и накаплива ется в питающихся планктоном моллюсках, таких как аляскинский Saxidomus. По силе действия этот яд сравним с ТТХ; употребление в пищу всего одного такого моллюска (сырым или в варено м виде) может привести к смертельному исходу. Важное преимущество ТТХ для нейробиологических опытов заключается в в ысокой избирательности его действия. Мур, Нарахаши и их коллеги в своих э кспериментах на аксоне кальмара показали, что ТТХ в концентрации всего 1 мкмоль или ниже избирательно блокирует потенциалзависимые натриевые к аналы. Изменение потенциала фиксации аксона, обработанного ТТХ, не приво дит к возникновению входящего натриевого тока, но лишь выходящего калие вого. Величина и временной ход калиевого тока не изменяются в присутстви и ТТХ. Внутриклеточное введение ТТХ в аксон никак не действует на ток. Эфф ект STX ничем не отличается от эффекта ТТХ. Оба токсина связываются с одним и тем же посадочным местом, расположенным во внешнем устье канала, через которое проходят ионы натрия, и физически перекрывают им проход через ме мбрану. Для калиевых каналов, участвующих в потенциале действия, также было найд ено несколько блокирующих их веществ . Так, в аксоне кальмара и миелинизированном аксоне лягушки, как показали Армстронг, Хилле и их кол леги, тетраэтиламмоний (TEA, в кон центрациях выше 10 ммоль) блокирует потенциалзависимые калиевые каналы. В аксоне кальмара TEA необходимо добавлять во внутриклеточный раствор, по скольку он блокирует внутреннее устье канала; в других препаратах, таких как перехват Ранвье лягушки, TEA эффективен и при внеклеточ ной аппликации. Другие соединения, такие как 4-аминопиридин (4-АР ) или диаминопиридин (DAP), блокируют калиевые каналы в миллимолярных конце нтрациях как снаружи, так и изнутри клетки. Зависимость ионных токов от мембранного потен циала Установив природу раннего и позднего компонента тока, Ходжкин и Хаксли исследовал и зависимость натриевого и калиевого токов от мембранного поте нциала. Скачок потенциала на -85 мВ приводит лишь к возникновению небольшого входящего тока, как и следовало ожидать на основании свойств мембраны в состоянии покоя. К аждый из небольших деполяризационных скачков прои зводит сначала входящий ток, а затем более продолжительный выходящий. С увеличением величины деполяризационных скачков ранний ток уменьшаетс я, при деполяризации на +52 мВ он равен нулю, а при еще более положительных зн ачениях деполяризации меняет знак и становится выходящим. Потенциалзависимость ранней и поздней составляющих тока . Максимальная амплитуда раннего тока и амплитуда у ровня плато позднего тока расположены по оси ординат, а потенциал фиксац ии, который устанавливался скачком с уровня потенциала покоя — по оси а бсцисс. При гиперполяризующих скачках нет разделения на ранние и поздни е токи; мембрана отвечает на скачок потенциала как простой резистор. Поз дний ток также ведет себя как резистор, поскольку деполяризация активир ует выходящий ток, однако по мере увеличения уровня деполяризации велич ина тока начинает значительно превосходить величину, ожидаемую на осно вании свойств мембраны в покое. Это объясняется активацией потенциалза висимой калиевой проводимости, пропускающей дополнительный ток. Повед ение раннего тока значительно более сложно. Как уже было отмечено, он сна чала возрастает, а затем убывает по мере увеличения деполяризации, стано вится равным нулю при потенциале +53 мВ, а затем и вовсе меняет знак. Потенци ал реверсии расположен близко к равновесному потенциалу для натрия, чег о и следовало ожидать для тока ионов натрия. Интересной особенностью потенциалзависимости раннего тока является т о, что в диапазоне потенциалов от — 50 до +10 мВ ток растет с ростом деполяриз ации. Величина натриевого тока зависит от натриевой проводимости (g Na ), а также от движущей силы для ион ов натрия (V m — Е Nа ). Можно было бы предположить, что благодаря этому ток будет уменьшаться по мере приближения мембранного потенциала к натриевому равновесному потенциалу, т. е. произ ойдет уменьшение движущей силы. Однако этого не происходит по причине ре зкого увеличения натриевой проводимости с возрастанием деполяризации , которое перевешивает эффект снижения движущей силы. Таким образом, нат риевый ток I Na = g Na (K m - E Na ) возрастает. Этот участок потенциалзав исимости раннего тока называется «участком проводимости с отрицательн ым углом наклона». Инактивация натриевого тока Из опытов Х оджкина и Хаксли очевидно, что временной ход натриевого и калиевого токо в весьма различен. Развитие калиевого тока замедлено по сравнению с натр иевым, однако по достижении своего максимального уровня калиевый ток ос тается на нем довольно долго. Напротив, натриевый ток растет гораздо быс трее, но затем спадает до нуля, несмотря на то, что мембрана все еще деполя ризована. Такой спад натриевого тока называется инактивацией. Ходжкин и Хаксли детально изучили процесс инактивации натриевого тока. В частности, они исследовали влияние гиперполяризующих и деполяризующих пре- импульсов на пиковую ам плитуду натриевого тока, возникающего в ответ на последующую деполяриз ацию. М ембранный потенциал ск ачкообразно переведен с -65 на -21 мВ, в результате чего возникает натриевый т ок величиной приблизительно 1 мА/см 2 . Когда деполяризации предшествует гиперполяризация величин ой — 13 мВ, пиковое значение тока возрастает. Деполяризующие преимпульсы, напротив, снижают амплитуду натриевого тока. Воздействие деполяризующ их и гиперполяризующих пре-импульсов зависит от времени воздействия: ко роткие импульсы длиной в несколько миллисекунд неэффективны. В данном э ксперименте длительность пре импульсов была дост аточной (30 мс) для достижения максимального эффекта. Результаты представлены количественно в виде зависимости пикового нат риевого тока от потенциала пре-импульса. Пиковый ток выражен в долях амп литуды контрольного тока. При деполяризующем пре-импульсе порядка — 30 м В натриевый ток был снижен до нуля, т. е. инактивация была полной. Гиперпол яризующие пре-импульсы до -95 мВ и ниже вызвали увеличение натриевого тока на 70 %. Ходжкин и Хаксли выразили этот диапазон значений натриевого тока о т нуля до максимума одним параметром ( h ), п ринимающим значение от нуля (полная инактивация) до 1 (отсутствие инактив ации), как показано на правой оси ординат на рис. 6.6Е. В данных экспериментах инактивация при потенциале покоя была около 40 % максимального значения. П оследующие эксперименты показали, что натриевые каналы всех нейронов д емонстрируют ту или иную степень инактивации в покое. Натриевая и калиевая проводимость как функция потенциала Измерив та ким образом величину и временной ход натриевого и калиевого токов как фу нкции мембранного потенциала V m и определив равновесные потенциалы E Na и Е к , Ходжкин и Хаксли получили возможность рассчитать величину и временной ход изме нений натриевой н калиевой проводимостей, использу я пр иведенные ранее соотношения На рис. 6.7А показаны результаты пяти скачков потенци ала. Как g Na , так и g к возрастают с увеличением деполяризац ии. Временной ход натриевой проводимости совпадает с натриевым током, од нако ее потенциалзависимость существенно отличается от токовой. Прово димость равномерно нарастает с увеличением деполяризации, в то время ка к величина натриевого тока сначала возрастает, а затем убывает по мере у величения деполяризационных скачков. Чем ближе мембранный потенциал в о время деполяризации к натриевому равновесному потенциалу, тем меньше натриевый ток. В результате входящий ток уменьшается, несмотря на то, что проводимость растет. Вывод : Результаты опытов Ходжкина и Хаксли показали, что д еполяризация мембраны аксона вызывает три процесса: (1) активацию натриевой проводимости, (2) ее последующую инактивацию (3) активацию калиевой проводимости. Количественное опи сание натриевой и калиевой проводимостей На основе п олученных экспериментальных данных Ходжкин и Хаксли разработали матем атическую модель, способную точно описать временной ход изменений натр иевой и калиевой проводимостей, происходящих в ответ на деполяризующий скачок потенциала. Если рассматривать калиевую проводимость, то логиче ским следствием изменения потенциала должно быть возникновение движущ ей силы, способной переместить один или несколько зарядов внутри потенц иалзависимого калиевого канала, который в результате должен открыться. При условии, что речь идет об одном-единственном процессе, кинетика изме нений калиевой проводимости должна описываться уравнением первого пор ядка, т. е. возрастание проводимости в ответ на деполяризацию должно быть экспоненциальным. Вопреки таким рассуждениям, процесс увеличения калиевой проводимости начинается с задержкой и протекает по S-образной кривой . Благодаря налич ию этой задержки, а также тому, что увеличение калиевой проводимости воз никает только в ответ на деполяризацию, но не гиперполяризацию, этот ион ный канал получил название задержанного выпрямле ния (delayed rectifier). Ходжкин и Хаксли нашли способ для точного математического описания процесса увеличения калиевой проводимости, с делав допущение о том, что для открытия канала необходима активация четы рех процессов первого порядка (например, перемещение четырех заряженных частиц внутри мембраны). Другим и словами, S-образную кривую можно описать суммой ч етырех экспонент . Таким образом, калиевую проводим ость можно представить как где g K(max) — максимальная проводимость для данного скачка потенциала, а n — возрастающая экспоненциальная ф ункция, принимающая значения от 0 до 1: n = 1 — е – t/яn . Зависимость g K(max) от потенциал а. Временная константа экспоненты, n , также зависит о т потенциала: чем больше деполяризация, тем быстрее возрастает проводим ость. При температуре 10° С n пр инимает значения в диапазоне от 4 мс для небольших деполяризаций до 1 мс дл я деполяризации до нуля мембранного потенциала. Временной ход возрастания натриевой проводимости также имеет форму S-об разной кривой, но описывается экспонентой, возведенной в третью степень . Напротив, спад натриевой проводимости в результате инактивации происх одит по моноэкспоненциальной кривой. Для каждого конкретного скачка по тенциала, общий временной ход изменений натриевой проводимости предст авляет собой результат наложения процессов активации и инактивации: где g Na(max) — это м аксимальный уровень, которого натриевая проводимость достигла бы при о тсутствии инактивации, a m = 1 — е — t/n Процесс инактивации представлен не нарастающей, а спа дающей экспонентой, представленной как h = е — t/яh . Как и в случае калиевой проводимости, g Na(max) зависит от потенциала, также как и временные конс танты активации и инактивации. Временная константа активации натриево й проводимости m гораздо короче калиевой, и при 10° С принимает значения от 0,6 мс (п ри значениях потенциала близких к потенциалу покоя) до 0,2 мс при нулевом м ембранном потенциале. Временная константа инактивации h близка по значению константе n Реконструкция поте нциала действия Эмпиричес ки полученные формулы, отражающие зависимость натриевой и калиевой про водимостей от потенциала и от времени, позволили Ходжкину и Хаксли предс казать временной ход всего потенциала действия и происходящих при этом изменений проводимостей. Начав с деполяризующего скачка потенциала, ли шь немного превышающего пороговое значение, они рассчитали все последу ющие изменения мембранного потенциала с шагом 0,01 мс. Так, они подсчитали, к ак в течение первых 0,01 мс после деполяризации до -45 мВ изменятся g Na и g к , как ово будет увеличение I Na и I K , и, наконец, каким будет в результате воздействие суммарного т ока на V m . Зная значение V m в конце первого отрезка времени в 0,01 мс, они повторили те же вычисления для следующего промежутка, затем для следующего, и так далее, на протяжении в сех фаз нарастания и спада потенциала действия (исключительно трудоемк ая процедура, если учесть, что ни компьютеров, ни даже калькуляторов в те в ремена не было!). Результаты расчетов с удивительной точностью повторили форму реальног о потенциала действия аксона кальмара. Э кспериментально измеренный и рассчитанный потенциалы дейст вия при трех различных уровнях деполяризации. Для того, чтобы по достоин ству оценить значимость этих достижений, нужно иметь в виду, что парамет ры, использовавшиеся для расчетов, были получены в совершенно неестеств енных условиях, при которых потенциал последовательно фиксировался на разных уровнях. Литература: 1. Малиновский А. А. Тектология. Теория систем. Теоретическая биология . 2. Человеческий потенциал: опыт комп л ексного подхода. Ред. Фролов И. Т. 3. Золотов Ю.А., Иванов В.М., Амелин В. Г. Х имические тест-методы анализа.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Интересно, когда Михалков откроет свою забегаловку, как скоро остальные шараги с фастфудом будут объявлены пиратскими?
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по биологии "Метод фиксации потенциала", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru