Predn ky z l karsk biofyziky L karsk fakulta Masarykovy univerzity v Brne

1. Predn�ky z l�karsk� biofyzikyL�karsk� fakulta Masarykovy univerzity v Brne Biologick� membr�ny a bioelektrick� jevy

2. Biologick� membr�na Predpokladem k pochopen� vzniku klidov�ho i cinnostn�ho napet� je znalost struktury a vlastnost� biologick� membr�ny. Jej�m z�kladem je elektricky nevodiv� tenk� dvojvrstva (6-8 nm) molekul fosfolipidu. Do t�to membr�ny jsou zabudov�ny makromolekuly b�lkovin, kter� pln� ruzn� funkce. Z hlediska elektrick�ch jevu jsou zcela podstatn� dva druhy, kter� podle jejich funkce budeme oznacovat jako kan�ly a prena�ece. V obou pr�padech se jedn� o transportn� mechanizmy, umo�nuj�c� prenos iontu pres nevodivou fosfolipidovou membr�nu.

3. Bioelektrick� jevy Elektrick� sign�ly hraj� kl�covou roli pri r�zen� v�ech �ivotne dule�it�ch org�nu. Zabezpecuj� rychl� prenos informac� v organismu. ��r� se vl�kny bunek nervov�ho syst�mu i svalov�mi bunkami, kde spou�tej� retezec deju, vedouc� k jejich kontrakci. Jsou zahrnuty v z�kladn�ch mechanizmech funkce smyslov�ch a jin�ch org�nu. Vznikaj� na bunecn� �rovni v membr�nov�ch syst�mech, jejich ��ren� je doprov�zeno vznikem elektromagnetick�ho pole v�okoln�m prostred�. Registrace elektrick�ch nebo magnetick�ch sign�lu na povrchu tela je podstatou v�znamn�ch klinick�ch diagnostick�ch metod.

4. Struktura membr�ny

5. Kan�ly Z�kladn�m mechanizmem, kter� umo�nuje v�menu iontu mezi vnitrn�m a vnej��m prostred�m bunky, jsou membr�nov� kan�ly. Jsou to b�lkovinn� molekuly, av�ak na rozd�l od prena�ecu, kter� maj� pevn� vazebn� m�sta pro pren�en� ionty, vytv�rej� v membr�ne p�ry prostupn� pro vodu. Otev�r�n� a uzav�r�n� techto kan�lu (vr�tkov�n�) se mu�e d�t nekolika mechanismy. Vedle elektrick�ho je vr�tkov�n� nekter�ch kan�lu ovl�d�no jin�mi podnety (chemickou vazbou l�tek, mechanick�m napet�m aj.). Pruchod iontu cel�m kan�lem nelze pova�ovat za volnou difuzi. Vet�ina kan�lu je toti� charakterizov�na vet�� ci men�� m�rou selektivity v propustnosti iontu. V tomto smyslu hovor�me o sod�kov�ch, drasl�kov�ch, v�pn�kov�ch nebo chloridov�ch kan�lech. Transport iontu kan�ly nevy�aduje dod�n� energie.

6. Elektrick� a chemick� vr�tkov�n�

7. Prena�ecov� syst�my V membr�n�ch bunek bylo odhaleno v�ce prena�ecov�ch syst�mu. Jeden z nich, oznacovan� jako sod�kov�-drasl�kov� pumpa (Na/K pumpa) m� v�ak pro vytvoren� podm�nek vzniku membr�nov�ho napet� zcela z�kladn� v�znam. Vytesnuje Na-ionty z bunky v�menou za K-ionty a t�m zaji�tuje, �e koncentrace obou z�castnen�ch iontu v intracelul�rn�m a extracelul�rn�m prostred� (budeme je znacit [Na+], [K+] a odli��me je indexy i, e) jsou rozd�ln�, pricem� plat�:

8. Princip sod�kov�-drasl�kov� pumpy

9. Funkce biologick�ch membr�n Tvor� rozhran� mezi bunkami i uvnitr bunek. Udr�uj� st�l� chemick� slo�en� uvnitr ohranicen�ch prostoru, a to selektivn�mi transportn�mi mechanismy. Jsou prostred�m pro rychlou biochemickou transformaci pomoc� enzymov�ch syst�mu. Specifick� struktura a selektivn� iontov� propustnost je z�kladem bioelektrick�ch jevu

29. Cinnostn� (akcn�) potenci�l Pojmem cinnostn� potenci�l oznacujeme rychlou zmenu klidov�ho membr�nov�ho napet� vzniklou po nadprahov�m podnetu a ��r�c� se do okoln�ch okrsku membr�ny Tato napetov� zmena je spojena s prudkou zmenou propustnosti kan�lu pro sodn� a draseln� ionty Cinnostn� potenci�l mu�e b�t vyvol�n elektrick�mi nebo chemick�mi podnety, vedouc�mi k m�stn�mu sn�en� klidov�ho membr�nov�ho napet�

30. Mechanismus spu�ten� cinnostn�ho potenci�lu

34. Cinnostn� potenci�l Zmeny v rozlo�en� iontu, k nim� doch�z� v dusledku cinnostn�ho potenci�lu, jsou vyrovn�v�ny cinnost� iontov�ch pump (aktivn�m transportem) Cinnostn� potenci�l patr� k jevum oznacovan�m jako �v�e nebo nic�. Takov� jev m� v�dy stejnou velikost. Zvy�ov�n� intenzity nadprahov�ho podnetu se proto projev� nikoliv zv��en�m amplitudy cinnostn�ho potenci�lu n�br� zv��en�m jeho frekvence

36. ��ren� cinnostn�ho potenci�lu

38. Pr�klady cinnostn�ch potenci�lu

40. Definice Synapse prestavuje specifick� spojen� mezi nervov�mi bunkami navz�jem a mezi nervov�mi a jin�mi c�lov�mi bunkami (napr. svalov�mi), umo�nuj�c� prenos cinnostn�ch potenci�lu Rozli�ujeme: synapse elektrick� � tesn� spojen� dvou bunek pomoc� iontov�ch kan�lu, umo�nuj�c� rychl� oboustrann� prenos vzruchu synapse chemick� - jsou castej��, jsou v�z�ny na specifick� struktury a zaji�tuj� jednosmern� prenos vzruchu

44. Synaptick� medi�tory (neurotransmitery) Medi�torem excitacn�ch synaps� je nejcasteji acetylcholin (v nervosvalov�ch plot�nk�ch a CNS) a kyselina glutamov� (v CNS). Obe l�tky pusob� jako vr�tkovac� ligandy predev��m pro sod�kov� kan�ly. Prunik sodn�ch iontu do bunky vyvol� potenci�lovou zmenu membr�ny v kladn�m smyslu � depolarizace membr�ny (excitacn� postsynaptick� potenci�l). Medi�torem inhibicn�ch synaps� v mozku je kyselina gama-aminom�seln� (GABA). Pusob� jako vr�tkovac� ligand chloridov�ch kan�lu. Chloridov� ionty vnikl� do bunky vyvolaj� potenci�lovou zmenu membr�ny v z�porn�m smyslu, jej�m� dusledkem je hyperpolarizace membr�ny (inhibicn� postsynaptick� potenci�l)

47. Shrnut� Elektrick� jevy na biologick�ch membr�n�ch maj� rozhoduj�c� v�znam pro funkci vzru�iv�ch tk�n� Klidov� membr�nov� potenci�l (fyzik�lne spr�vne: membr�nov� napet�) je dusledkem nerovnomern�ho rozlo�en� iontu na obou stran�ch membr�ny. Toto je udr�ov�no dvema z�kladn�mi mechanismy: selektivne propustn�mi kan�ly a prena�ecov�mi syst�my. Oba syst�my jsou b�lkovinn� povahy Zmeny membr�nov�ho napet� po podr�den� oznacujeme jako cinnostn� (akcn�) potenci�l Membr�na proch�z� po podr�den� dvema f�zemi: depolarizac� � spojenou s vtokem sodn�ch iontu do bunky a n�slednou repolarizac� � spojenou s v�tokem draseln�ch iontu z bunky V refraktern� f�zi je membr�na bud zcela nebo c�stecne nedr�div� Synapse predstavuje m�sto spojen� dvou bunek, umo�nuj�c� prenos cinnostn�ho potenci�lu