Biofizyka blok V

1. Potencjał spoczynkowy to różnica potencjałów (napięcie) między obiema stronami błony plazmatycznej niepobudzonej komórki pobudliwej. Wszystkie napięcia na błonie wyraża się jako różnice potencjału wnętrza komórki do potencjału po stronie zewnętrznej. Powstanie potencjału spoczynkowego jest spowodowane przede wszystkim tendencją jonów potasu do przepływania zgodnie z gradientem stężenia tych jonów z wnętrza na zewnątrz błony komórkowej. Powoduje to pozostanie niewielkiego nadmiaru ładunków ujemnych po wewnętrznej stronie błony.

Równanie Goldmana pozwala obliczyć potencjał spoczynkowy błony komórkowej uwzględniając wszystkie rodzaje jonów (Na+, Cl-, K+) biorących udział w procesie.

gdzie:

R - stała gazowa

T - temperatura bezwzględna

F - stała Faradaya

[C]z i [C]w - stężenie jonu C zewnątrz(z) i wewnątrz(w) komórki

Px - względna przepuszczalność dla jonu x

2. Równowaga Donnana (równowaga membranowa) – równowaga ustalająca się między 2 roztworami przedzielonymi membraną półprzepuszczalną. Białka nie mogą przenikać przez błony półprzepuszczalne, ponieważ są wielkocząsteczkowymi koloidami, jednak dzięki występowaniu w formie jonów (kationów lub anionów) wpływają na rozmieszczenie elektrolitów dyfundujących przez błony komórkowe. Zjawisko to polega więc na nierównomiernym rozmieszczeniu dyfundujących jonów elektrolitu, zależnym od stężeń jonów koloidalnych po obu stronach błony biologicznej. Odgrywa istotną rolę w procesach zachodzących w organizmach żywych.

Skład elektrolitowy osocza i skład elektrolitowy przestrzeni śródmiąższowej są różne, przez stężenie jonów koloidalnych. W osoczu stężenie białka jest o wiele większe niż w płynie przestrzeni śródmiąższowej, przez to w osoczu stężenie jonów Cl, HCO3-, anionów kwasów organicznych jest o wiele mniejsze.

W krwinkach czerwonych stężenie kationów, szczególnie H+, jest dużo większe niż w osoczu, ponieważ jest w nich większe stężenie białka w postaci polianionu. Powoduje to różnice w odczynie obu składników - pH w erytrocycie jest niższe (7,19) niż pH osocza (7,4).

Równowaga Donnana wpływa na wchłanianie leków, występujących w postaci jonów. Lek podany w postaci anionu drogą pokarmową jest łatwiej wchłaniany do organizmu, ponieważ w żołądku stężenie koloidalnych polianionów jest o wiele większe niż w osoczu.

3. Podwójna warstwa elektryczna – w fizykochemii koloidów i elektrochemii, to określenie modelu struktury pojawiającej się na granicy dwóch faz.

Na powierzchni ciała zanurzonego w elektrolicie jest zaadsorbowana warstwa jonów. Ta warstwa przylega ściśle do powierzchni i tworzy tak zwany ładunek powierzchniowy. Dalej od powierzchni jest warstwa dyfuzyjna ("rozmyta") jonów o ładunku przeciwnym do ładunku powierzchniowego. Całkowita algebraiczna suma ładunku elektrycznego jest zerowa. Nierównomierne rozmieszczenie ładunku powoduje różnicę potencjału elektrycznego na granicy miedzyfazowej. Typowo warstwa podwójna ma grubość rzędu nanometrów i zależy od siły jonowej elektrolitu.

4. Są to formy transportu aktywnego:

uniport - transport jednej cząsteczki. Przez jedno białko przenośnikowe, transportowana jest cząsteczka tylko jednego typu.

symport – transport dwóch substancji w tym samym kierunku. Przez jedno białko transportowane są dwie cząsteczki jednocześnie (w tym samym kierunku).

antyport - transport dwóch substancji w różnym kierunku. Przemieszczenie jednej substancji (jonu lub cząsteczki, np. metabolitu) do wnętrza określonego przedziału zachodzi równocześnie z usuwaniem drugiej substancji z tego przedziału. Przykładem antyportu jest pompa sodowo-potasowa

5. transport bierny, transport cząsteczek przez → błonę plazmatyczną ze stężenia większego do mniejszego, nie wymagający energii metabolicznej; t. b. zachodzący na drodze prostej dyfuzji nie wymaga obecności błonowych białek przenoszących, a szybkość przemieszczania cząsteczek jest wprost proporcjonalna do gradientu ich stężenia w poprzek błony; t. b. na drodze dyfuzji ułatwionej wymaga obecności przenoszących białek błonowych.

Aktywny - transport substancji przez błonę biologiczną, która ma charakter selektywnie przepuszczalny. Transport ten odbywa się przeciwko gradientowi stężeń (ze stężenia mniejszego do większego), wymaga więc nakładu energii (ATP) oraz uczestnictwa białkowych przenośników błonowych. Aktywnie transportowane są np. glukoza, mocznik, aminokwasy, jony Na+, K+, Ca2+ itp.

6. Informacja (U) przenoszona ze źrodła informacji do odbiorcy musi być przede wszystkim zamieniona chwilowo w sygnał (X). Sygnał X1, ktory powstał z informacji U1 może przemieszczać się w przewodzie na pewną odległość. Na skutek rożnych ,zakłoceń natury statystycznej, istniejących w przewodzie, sygnał ulega pewnym zmianom i dochodzi do końca przewodu jako sygnał X2. W rezultacie informacja (U2) powstała w procesie przesyłania informacji rożni się nieco od informacji (U1), Podobieństwo istniejące między U1 i U2jest miarą jakości układu przenoszenia informacji. Przedstawiona zasada przenoszenia informacji realizowana jest w układach biologicznych w rożny sposob. Najlepiej zbadanym dotychczas układem przenoszenia informacji jest układ nerwowy. Ten sam schemat można jednak zastosowaćrownież do innych sposobow przenoszenia informacji, np. do przenoszenia informacji o cechach dziedzicznych, przez cząsteczki DNA. Zakłocenia powstałe w przewodzieprzenoszącym informacje genetyczne mogą być wywołane np. przez spontaniczne mutacje. Powstawanie sygnału jest procesem bardzo skomplikowanym.

8. Homeostaza – zdolność utrzymywania stałości parametrów wewnętrznych. Pojęcie to zwykle odnosi się do samoregulacji procesów biologicznych. Zasadniczo sprowadza się to do utrzymania stanu stacjonarnego płynów wewnątrzkomórkowych.

Utrzymanie wewnętrznej stabilności warunków wymaga regulowania lub kontrolowania wartości najważniejszych parametrów wewnętrznego środowiska organizmu. Należą do nich głównie:

temperatura ciała (u organizmów stałocieplnych),

pH krwi i płynów ustrojowych,

ciśnienie osmotyczne,

stężenie związków chemicznych w płynach ustrojowych,

ciśnienie tętnicze krwi,

ciśnienie parcjalne tlenu i dwutlenku węgla we krwi.

Kontrola wymienionych parametrów odbywa się poprzez receptory (głównie chemoreceptory), które informacje o wartości określonego parametru przekazują do interpretatora (np. w przypadku temperatury ciała ssaków do podwzgórza), gdzie dokonuje się porównanie wartości wykrytej ze stałą wartością prawidłową (tzw. punktem nastawczym) lub, co zdarza się częściej, z jej przedziałami akceptowalnymi. Jeśli aktualny stan parametru jest zbyt wysoki lub zbyt niski, centrum integrujące wymusza na efektorach odpowiedź odpowiednią do sytuacji.

Ryc. 1.5. Krzywa homeostazy i obszar

stacjonarności dla jednego (a) i dwóch (b) regulowanych parametrów fizjologicznych

Na ryc. 1.5. przedstawiono jedną, a później dwie, zmienne fizjologiczne, utrzymywane przez organizm żywy w stałym zakresie. Rycina pokazuje, iż zmiana pewnej wielkości x 1, w środowisku zewnętrznym nie powoduje w dość dużym zakresie < b,c> zmian wewnętrz­nych organizmu żywego ( parametr y ). Krzywa ta bowiem ma w przedziale <b,c> charak­ter plateau. Wykres taki nazywamy krzywą homeostazy. Odcinek < b,c > jest nazywany obszarem homeostazy. Dla dwóch zmiennych środowiska zewnętrznego x1 i x 2 ten obszar homeostazy oznaczono literą H. Jak wynika z wykresu krzywa homeostazy na obu swoich krańcach ma części „strome". W obszarach tych: < a, b > i < c, d > stałość środowiska wewnętrznego jest naruszona. Utrzymywana jest jednak jeszcze równość przepływu i odpływu substancji i energii. Obszar < a, d > na ryc. 1.5a i S na ryc. 1.5 b nazywamy obszarem stacjonarności, w którym organizm może jeszcze egzys­tować.

9. Potencjał czynnościowy (czyli iglicowy) - przejściowa zmiana potencjału błonowego komórki, związana z przekazywaniem informacji. Bodźcem do powstania potencjału czynnościowego jest zmiana potencjału elektrycznego w środowisku zewnętrznym komórki. Wędrujący potencjał czynnościowy nazywany jest impulsem nerwowym.

Miejscem powstawania potencjału czynnościowego w komórce nerwowej jest tzw. wzgórek aksonowy, skąd potencjał iglicowy rozprzestrzenia się po powierzchni błony komórkowej wypustki osiowej- aksonu. Generowaniem potencjałów czynnościowych rządzi zasada: "wszystko albo nic": do zapoczątkowania potencjału czynnościowego niezbędny jest bodziec o intensywności wystarczającej do zdepolaryzowania neuronu powyżej określonej wartości progowej; wszystkie potencjały czynnościowe w danej komórce osiągają tę samą amplitudę.

Jeśli dokomórkowe prądy kationów przeważają nad odkomórkowymi, następuje depolaryzacja od poziomu potencjału spoczynkowego (ok. -70 mV) do potencjału krytycznego czyli progowego (ok. -50 mV). Po osiągnięciu potencjału progowego, następuje otwarcie bramkowanych elektrycznie (zależne od napięcia) kanałów przewodzących odkomórkowo kationy potasowe, oraz kanałów przewodzących kationy sodowe do wnętrza komórki. Wskutek różnicy stężeń i potencjałów kationy sodowe szybko napływają do wnętrza komórki, niwelując różnicę potencjałów pomiędzy środowiskiem zewnątrz- i wewnątrzkomórkowym do zera (depolaryzują błonę komórkową). Jest to początek tzw. potencjału iglicowego. Ze względu na dużą początkową różnicę stężeń, mimo wyrównania potencjałów, kationy sodowe napływają w dalszym ciągu do wnętrza komórki, powodując odwrotną polaryzację błony, tzw. nadstrzał dochodzący do +35 mV. Następuje to stosunkowo szybko; w ciągu ok. 2 ms następuje już całkowita inaktywacja kanałów sodowych. Po rozpoczęciu aktywacji sodowej, w odpowiedzi na depolaryzację, następuje aktywacja potasowa, czyli otwarcie kanałów dla odkomórkowego prądu kationów potasowych. Powoduje to zmianę potencjału wnętrza komórki z powrotem na ujemny, czyli repolaryzację. W tym czasie nie jest możliwe ponowne pobudzenie komórki, jest to okres refrakcji bezwzględnej[4]. W czasie trwania potencjału iglicowego, a zwłaszcza pod koniec - proporcje kationów po obu stronach błony są odwrócone (Na+ wewnątrz, K+ na zewnątrz komórki). Przez cały czas trwania potencjału czynnościowego, aktywna jest pompa sodowo-potasowa oraz inne układy transportujące jony. Poziom aktywności pompy sodowo-potasowej jest bowiem uzależniony m. in. od stężenia kationów sodowych we wnętrzu komórki. Zatem w czasie trwania potencjału iglicowego pompa działa z najwyższą możliwą prędkością. W ciągu kolejnych kilkudziesięciu milisekund przywraca proporcje kationów sodowych i potasowych po obu stronach błony komórkowej. Jednak początkowo błona jest jeszcze w stanie hiperpolaryzacji - różnica potencjałów przekracza wartość spoczynkową. Jest to okres refrakcji względnej, kiedy komórkę da się pobudzić, ale dużo większym bodźcem - ze względu na większą "odległość" od poziomu potencjału krytycznego.

10. Poruszające się molekuły cieczy lub gazu mogą wykonywać ruchy obrotowe. Mówimy, że posiadają energię rotacyjną. Atomy, z których zbudowana jest cząsteczka zbliżają się do siebie badź oddalają - energię tych oscylacji nazywamy energią oscylacyjną. Cząsteczka nie może wykonywać dowolnych ruchów oscylacyjnych i rotacyjnych, obracać się i oscylować z dowolną częstością. Wszystkie te energie przyjmują określone wartości - są skwantowane. Cząsteczka może znajdować się jedynie na ściśle określonym, charakterystycznym dla niej poziomie energetycznym, zaś przejścia na wyższe lub niższe poziomy wiążą się odpowiednio z absorpcją i emisją kwantów energii.

11. Widmo liniowe lub dyskretne - widmo emisyjne składające się z oddzielnych linii widmowych. Widmo takie jest typowe dla nieoddziałujących ze sobą atomów, czyli pierwiastków w stanie gazowym, jeżeli gaz ten pozostaje pod niezbyt dużym ciśnieniem. Dlatego widmo tego typu nazywane jest również widmem atomowym. Dzięki temu analiza widmowa światła pochodzącego nawet z bardzo odległych źródeł pozwala na identyfikację pierwiastków wchodzących w skład świecącego gazu.

Widmo pasmowe powstaje w wyniku przejść między elektronowymi oscylacyjno-rotacyjnymi poziomami energetycznymi cząsteczek. Jest przypadkiem pośrednim pomiędzy widmem liniowym a ciągłym. Można je zaobserwować dla gazowych związków chemicznych. Pasma powstają tam na skutek zlewania się poszczególnych linii pochodzących od sąsiadujących ze sobą licznych poziomów energetycznych rotacyjno-oscylacyjnych W przeciwieństwie do widma liniowego atomów, składającego się z dobrze rozseparowanych pojedynczych linii widmowych wynikających z przejść między poziomami elektronowymi, w widmie pasmowym zaobserwować można bogatą strukturę oscylacyjno-rotacyjną

12. Scemat Jabłońskiego Stanowi uproszczony obraz względnego rozmieszczenia poziomów energii elektronowej cząsteczki.

Poziomy oscylacyjne danego stanu elektronowego leżą jeden pod drugim. Między stanem podstawowym C, a wzbudzonym F występuje stan metatrwały M. Po wzbudzeniu elektronu do poziomu F (przejście a na rysunku) może on spaść bezpośrednio na poziom podstawowy (przejście b), a średni czas pobytu w stanie wzbudzonym F jest bardzo krótki. Następuje wówczas emisja kwantu fluorescencji.
Jeśli jednak elektron z poziomu F spada bezpromieniście na poziom metatrwały M, to pozostaje on na nim, dopóki energia cieplna (lub inny rodzaj energii) nie podniesie go z powrotem do poziomu F. Elektron podniesiony do poziomu F wraca do poziomu podstawowego, emitując kwant fosforescencji (przejście d), ale opóźniony w stosunku do fluorescencji. Czas życia poświaty fosforescencji zależy od temperatury i wydłuża się wraz z jej obniżaniem. Dla fluorescencji czas ten albo nie zależy od temperatury wcale, albo zależy bardzo słabo.

W temperaturach bardzo niskich przejścia ze stanów M do F, a więc i przejścia od F do C po przerwaniu wzbudzenia zachodzą bardzo rzadko. Mówi się wówczas o fosforescencji zamrożonej. W warunkach zamrożenia fosforescencji zaczynają grać pewną rolę bezpośrednie przejścia ze stanu metatrwalego na poziom podstawowy (przejścia e). Otrzymane wówczas słabe świecenie nazywa się fluorescencją długożyciową.

13.

Fluorescencja – jeden z rodzajów luminescencji – zjawiska emitowania światła przez wzbudzony atom lub cząsteczkę. Zjawisko uznaje się za fluorescencję, gdy po zaniku czynnika pobudzającego następuje szybki zanik emisji w czasie około 10−8 s. Gdy czas zaniku jest znacznie dłuższy, to zjawisko jest uznawane za fosforescencję.

Mechanizm fluorescencji:

Padający foton wzbudza elektron w cząsteczce lub atomie. Wzbudzenie to wiąże się z przejściem elektronu do wzbudzonego stanu. Przy przejściu elektronu ze wzbudzonego stanu do stanu podstawowego następuje emisja światła. Długość fali promieniowania (wyemitowanego światła) jest dłuższa od długości fali zaabsorbowanej. Wynika to z degradacji części energii podczas przejść termicznych i bezpromienistych. Jest to tzw. przesunięcie Stokesa.

Zastosowanie sond fluorescencyjnych:

- znaczniki fluorescencyjne

- wykrywanie i badanie lokalizacji białek i innych organelli

- badanie zmian wewnątrzkomórkowego stężenia jonów, np. Ca2+

- badanie chromosomów – wykrywanie chorób genetycznych

Fosforescencja - jeden z rodzajów luminescencji; zjawisko świecenia niektórych substancji światłem własnym, wywołane uprzednim naświetleniem ich światłem lub napromieniowaniem ich promieniami UV, promieniowaniem rentgenowskim lub korpuskularnym z zewnątrz. Czas trwania fosforescencji jest relatywnie długi (w odróżnieniu od fluorescencji), od stosunkowo dużych części sekundy do kilkudziesięciu dni.


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
blok 5 od konca, biofizyka, biofizyka opracowania blokow
Blok I, Stomatologia UM Łódź, ROK 1, Biofizyka
BLOK 5B, medycyna, Biofizyka, opracowania bloków
BLOK 1B, medycyna, Biofizyka, opracowania bloków
BLOK V A, medycyna, Biofizyka, opracowania bloków
Blok 1A, biofizyka, biofizyka opracowania blokow
Blok 4B, biofizyka, biofizyka opracowania blokow
Blok 4A, biofizyka, biofizyka opracowania blokow
blok V cz1, biofizyka, biofizyka opracowania blokow
II blok, Biofizyka
Blok 1B, biofizyka, biofizyka opracowania blokow
Blok 5A, biofizyka, biofizyka opracowania blokow
Blok 2A, biofizyka, biofizyka opracowania blokow
BLOK V AB, medycyna, Biofizyka, opracowania bloków
Blok 5B, biofizyka, biofizyka opracowania blokow
BLOK I A, medycyna, Biofizyka, opracowania bloków
BLOK 1A, medycyna, Biofizyka, opracowania bloków
Blok 3A, biofizyka, biofizyka opracowania blokow
BLOK 5A2, medycyna, Biofizyka, opracowania bloków

więcej podobnych podstron