Opracowanie

wykładów

Biofizyka

MC_OMEN

1. Komórka

Najmniejsza strukturalna i funkcjonalna jednostka organizmów żywych, zdolna do przeprowadzania

wszystkich podstawowych procesów życiowych.
2. Zadania błony

- Bierny lub czynny selektywny transport jonów i substancji niejonowych, zapewnienie stałości składu

środowiska wewnątrzkomórkowego,

-

Wytwarzanie potencjału elektrochemicznego, utrzymanie różnicy koncentracji jonów po dwóch
stronach błony ,

-

Wydzielanie produktów komórki do środowiska lub pobieranie makrocząsteczek do wnętrza komórki,

-

Reakcja na sygnały pochodzące z otoczenia i przenoszenie sygnałów do innych części komórki lub
innych komórek.

-

Oddzielenie komórki od otoczenia, bądźrozgraniczanie struktury wewnątrz komórki

3. Reguła Overtona – im bardziej hydrofobowy związek tym łatwiej przenika przez błonę komórkową.
4. Lipidy – grupa związków chemicznych które nie podlegają ekstrakcji przy użyciu rozpuszczalników
polarnych.
5. Fosfolipidy – strukturalnie pochodne glizerolu, są głownym składnikiem błon komórkowych. Fosfoglicerydy
– składniki błon komórkowych roślin i zwierząt. Sfingolipidy – występują w błonie koórek nerwowych

6. Struktury utworzone przez zmfofilne cząsteczki lipidowe w środowisku polarnym

6. Glikolipidy – są to cząsteczki lipidów z dołączonymi łancuchami polisacharydowymi. Występują w
zewnętrznej wartstwie błony, zakotwiczone w niej łańcuchem lipidowym, eksponując swoje domeny polarne do
środowiska.
7. Funkcje Glikolipidów:

-

utrzymywanie asymetrycznego charakteru błony komórkowej,

-

izolacja komórki od środowiska i stabilizacja błony komórkowej,

-

rola receptorów dla niektórych hormonów peptydowych i toksyn bakteryjnych

-

rola markerów grup krwi (ABO) w błonach erytrocytów.

Zaburzenia ich metabolizmu prowadządo poważnych zaburzeń rozwojowych, kończących się przedwczesną
smiercią noworodka
8. Sterole

Zbudowane są ze sztywnego układu czretopierścieniowego z bocznymi podstawnikami.W komórkach

zwierzęcych głównym sterolem (steroidem) jest cholesterol , w komórkach roślinnych - fitosterole: sitosterol,
kamposterol i stigmosterol. Cząsteczka cholesterolu ma słabe właściwości amfipatyczne.

9. Funkcje choresterolu:

-

podstawowy czynnik regulujący przepuszczalnośd błony,

-

zapobieganie krystalizacji dużych obszarów błony (przez zapobieganie zbytniemu zbliżaniu się
łaocuchów i uniemożliwianie powstawanie wiązao van der Waalsa), zatem utrzymywanie części
hydrofobowej dwuwarstwy w stanie płynnym

-

uszczelnianie i stabilizacja zewnętrznych krawędzi dwuwarstwy, głównie za sprawą części
hydrofilowych

10. Struktura i elementy błony komórkowej:

11. Ruch błony

-

zginanie łaocucha – bardziej ruchliwe są ich części hydrofobowe, zginanie jest tym szybsze im krótsze
są łaocuchy i im liczniej występują wiązania podwójne; czynnikiem stabilizującym błonę są cząsteczki
cholesterolu;

-

rotacja wokół długiej osi łaocucha (fosfolipidy) lub wokół osi prostopadłej do błony (białka);

-

dyfuzja fosfolipidu wzdłuż warstwy (dyfuzja lateralna) – współczynnik dyfuzji rzędu 10-8cm2/s

-

przejścia „Flip-flop” – przejście fosfolipidu z części cytoplazmatycznej do zewnętrznej lub odwrotnie
(rzadko zachodzą);

-

dyfuzja lateralna i rotacyjna białek (wolniejsza niż fosfolipidów); wynurzanie lub zanurzanie się w
warstwie

12. Asymetryczność błony - polega na wyraźnym zróżnicowaniu składu części cytoplazmatycznej warstwy w
stosunku do części zewnętrznej. W części cytoplazmatycznej jest więcej białek powierzchniowych, więcej
lipidów o łancuchach zawierających wiązania nienasycone, wiecej lipidów o głowach obdarzonych ładunkiem,
wo wpływa na łatwość tworzenia wiązań wodorowych.

13. Białka błonowe dzielimy na powierzchniowe i integralne, mają funkcje tranportujące, wiążące, receptorowe
i enzymatyczne. Ich typ jest analogiczny to funkcji

14. Transport do i z wnętrza komórki

15. Białka integralne i powierzchniowe

Za kształt i konformację cząsteczki białka odpowiadają oddziaływania elektrostatyczne między

ładunkami i momentami dipolowymi grup atomów wzdłuż łańcucha, oraz pole elektryczne wynikające z
różnicy stężeń jonów wewnątrz i na zewnątrz komórki
16. Białka tworzące kanały

Stanowią rodzaj hydrofilowej szczeliny przez błonę, izolując wnętrze kanału od hydrofobowego wnętrza

błony komórkowej. Zachodzi dyfuzja ułatwiona, która przebiega wolniej niż dyfuzja prosta. Otwarcie kanału
jest aktywowane bodźcem, a tranposrotwane są głownie jony niorganiczne zgodnie z gradientem stężeń
17. Białka pośredniczące

Wiążą cząsteczki przenoszone i w następstwie tej reakcji podlegają cyklowi przemian konformacyjnych

prowadzących do przetransportowania cząsteczki na drugą stronę. Za zdolnośd nośnika do przenoszenia
substancji przez błonę odpowiada różnica w powinowactwie chemicznym miejsca wiążącego na nośniku po
stronie wewnętrznej i zewnętrznej komórki.
18. Porównanie cech charakterystycznych transportu biernego i aktywnego

19. Sposoby transportu aktywnego (moze zachodzic w dowolnym kierunku niezależnie od gradientu)

1. Sprzężenie transportu jednej cząsteczki (wbrew gradientowi) z transportem drugiej (zgodnie z

gradientem) z udziałem przenośników sprzężonych;

2. Sprzężenie transportu jednej cząsteczki (wbrew gradientowi) z hydrolizą cząsteczki ATP

(adenozynotrifosforanu) (z udziałem pompy napędzanej przez ATP);

3. Sprzężenie transportu jednej cząsteczki (wbrew gradientowi) z doprowadzeniem energii świetlnej -

pompy napędzane światłem
20. Aktywny transport jonów sodu i potasu

1. ATP-aza jest fosforylowana przez ATP w obecności jonów sodu i magnezu.
2. ATP ulega hydrolizie, a zmiana konformacji białka pozwala na przetransportowanie jonów sodu na

zewnątrz komórki, gdzie jony zostają uwolnione z kompleksu

3. Związanie dwóch jonów potasu, a następnie defosforylacja



ponowna zmiana konformacji



przeniesienie jonów potasu do wnętrza komórki.

4. Uwolnienie jonów następuje po przyłączeniu cząsteczki ATP

21. Potencjał Nernsta,

Różnica potencjałów wynikająca z udziału jednego typu jonów w i na zewnątrz komórki.

)

ln(

w

z

c

c

zF

RT

V





22. Potencjał spoczynkowy

Różnica potencjałów w stanie niepobudzonym

23. Wzór Goldmana-Hodkinga-Katza

Jest to wzór opisujący potencjał spoczynkowy błony, w tym przypadku dla K,Na,Cl.:

23 Model elektryczny błony komórkowej

24. Potencjał czynnościowy
Jest zaburzeniem wyprowadzającym błonę komórkową i samą komórkę ze stanu spoczynku
25. Fazy potencjału czynnościowego

26. Następstwo inaktywacji jonów sodu

Następstwem inaktywacji jonów sodu jest zjawisko refrakcji, czyli całkowitej lub częściowej

niezdolności błony do ponownego pobudzenia. Jak wynika z Rys.2.12 czas odpowiadający generowaniu
potencjału iglicowego (ok. 1ms) nazywamy refrakcją bezwzględną. Jest to stan całkowitej niepobudliwości
błony (w neuronie ok. 1ms). Kolejne milisekundy to czas tzw. refrakcji względnej, w którym do pobudzenia
wymagane jest znacznie większe natężenie bodźca niż normalnie (kształt krzywej potencjału progowego
przedstawia linia przerywana), a powstający potencjał czynnościowy ma mniejszą amplitudę. Okres refrakcji
bezwzględnej determinuje maksymalną częstotliwośd generacji potencjału czynnościowego:

refbzw

f



1

max



27. Klasyfikacja kanałów

-

Kanały zależne od napięcia (reagują na zmiany pola elektrycznego

-

Kanały zależne od ligandu (reagują na bodźce chemiczne),

-

- Kanały aktywowane naprężeniem mechanicznym (tzw. Mechanoreceptory

28. Charkaterystyka kanałów jonowych

-

Białka integralne posiadające zdolność przepuszczania jonów

-

Posiadają hydrofilową przestrzeń wewnątrz białka (porę wodną)

-

Otwarcie lub zamknięcie pory zależy od czynników zewnętrznych

29. Wszystko albo nic

-

Kanał jest albo zamknięty i nie przewodzi żadnych jonów

-

Albo otwarty i przewodzi niezależnie od wielkości czynnika otwierającego

30. Kanały zależne od napięcia (reagują na zmiany pola elektrycznego),

-

Aktywowane przez depolaryzację

-

Niektóre aktywowane są przez hiperpolaryzację

-

Obecność fragmentu elektrycznie naładowanego w białku (czujnik potencjału)

-

Ruch czujnika powoduje zmianę konformacji białka prowadzącą do uruchomienia bramki aktywacyjnej
otwierającej porę wodną

-

Po pewnym czasie kanał przestaje przewodzić jony, niezależnie od potencjału błony (bramka
inaktywacyjna

-

Ponowna aktywacja kanału po powrocie do potencjału spoczynkowego

-

Filtr selektywności – naładowane fragmenty białka kanałowego zapobiegające transportowi jonów
określonego znaku

31. Kanały zależne od ligandu (reagują na bodźce chemiczne

-

Cząsteczka ligandu zostaje związana w specyficznym dla niej miejscu przez białko

-

Po pewnym czasie ligand odłącza się od cząsteczki i kanał zostaje zamknięty

-

Przy wystarczającym stężeniu ligandu



kolejne przyłączenie kolejne otwarcie kanału

-

Inaktywacja – (odczulenie) okresowa utrata wrażliwości kanału na obecność ligandu (w sytuacji
przedłużającej się obecności wysokich stężeń)

-

Klasyfikacja – zależnie od rodzaju cząsteczki aktywującej (np. receptory acetylocholiny, kwasu GABA,
dopaminy itp.)

-

Udział w transmisji synaptycznej, w procesie fotorecepcji, regulacji procesów fosforylacji białek itp.

32. Kanały aktywowane naprężeniem mechanicznym (tzw. Mechanoreceptory

-

W komórkach dokonujących zamiany sygnałów mechanicznych na elektryczne

-

np. komórki rzęsate w błonie podstawnej w narządzie Cortiego

-

Dotychczas najsłabiej poznane

33. Natężenie progowe bodźca

R

t

CR

J

prog







Gdzie R- reobaza, C - chronaksja

34. Reobaza i Chronaksja

Wartość do której dąży minimalne natężenie bodźca wyzwalającego potencjał czynnościowy gdy czas

trwania bodźca dąży do nieskonczoności. Jest to więc najmniejsze natężenie bodźca wywołujące potencjał
czynnościowy, ale w bardzo długim czasie. W praktyce wielkośd reobazy informuje nas w przybliżeniu o
sprawności mechanizmów przywracających potencjał spoczynkowy. Chronaksja natomiast to taki czas trwania
bodźca , dla którego wielkośd progowa wyzwalająca potencjał czynnościowy wynosi 2R. Znajomośd tych
dwóch wielkości pozwala nam jednoznacznie wykreślid hiperbolę bodziec - czas trwania dla progu pobudzenia.
35. Akomadacja

Długotrwała depolaryzacja np długotrwałe wyłączenie aktywności kanałów sodowych

36. Kierunek fali propagacji impulsu
Kierunek propagacji przebiega przez akson od wzgórka aksonu do drzewka koocowego i synaps.

-

potencjał czynnościowy przenoszony jest na duże odległości (nawet 1m)

-

Na całej długości aksonu ma tę samą amplitudę

-

Wzdłuż aksonu – opóźnienie czasowe

37. Rozprzestrzenienie się potencjału czynnościowego wzdłuż włokna

38. Czynniki wpływające na szybkość przewodzenia potencjału czynnościowego

-

Wielkość napływku prądu Na+

-

Średnica włókna

-

Rola osłonki mielinowej

39. Synapsa

Synapsa jest miejscem komunikowania się neuronów między sobą lub neuronu i komórki mięśniowej i

przekaz oraz przetwarzanie informacji odbywa się tu drogą chemiczną.

40. Mechanizm komunikacji

-

wydzielenie do szczeliny synaptycznej z błony presynaptycznej cząsteczek neuroprzekaźnika
(mediatora),

-

oddziaływanie neuroprzekaźnika z receptorami błony postsynaptycznej

-

wychwyt zwrotny cząsteczek neuroprzekaźnika przez błonę presynaptyczną na drodze endocytozy lub
inaktywacja przez enzymy albo dyfuzyjna ucieczka ze szczeliny. Ostatecznie potencjał czynnościowy
wygenerowany w drugim neuronie jest efektem sumowania się impulsów pojawiających się z
odpowiednio dużą częstotliwością (efekt sumowania w czasie) oraz impulsów odbieranych przez każdą
z synaps i sumowanych we wzgórku aksonu (efekt sumowania przestrzennego).

41. Receptory

Receptory to wyspecjalizowane białka błony komórkowej wystające na zewnątrz błony, zwykle

posiadające fragmenty powierzchni o charakterystycznej topografii pozwalającej na przyjęcie przekaźnika (tzw.
miejsce wiążące).
42. Działanie reakcji resptor-neuroprzekaźnik

43. Mechanizm „brama śluzy”

44. Aktywacja enzymów błonowych na skutek związania receptora z przekaźnikiem

Zewnętrzna powierzchnia receptora zawiera miejsce wiążące przekaźnik, natomiast wewnętrzna powierzchnia
zawiera miejsce aktywne, zamknięte w stanie spoczynku. Związanie receptora z przekaźnikiem wywołuje
konformację białka receptorowego, która prowadzi do otwarcia miejsca aktywnego po stronie wewnętrznej i
uaktywnia lub dezaktywuje enzymy błonowe, umożliwiając przebieg reakcji wewnątrz komórki. Miejsce
aktywne pozostaje otwarte tak długo jak przekaźnik jest związany, co umożliwia dostateczne wzmocnienie
sygnału.
45. Generacja potencjałów receptorowych
Powstanie bodźca w organizmie jest odpowiedzią na działanie czynników zewnętrznych takich jak światło,
dźwięk, temperatura, ciśnienie, związki chemiczne smakowe i zapachowe. Za odbiór tych czynników
odpowiedzialne są komórki receptorowe: chemoreceptory (węchowe, smakowe), fotoreceptory (pręciki, czopki)
i mechanoreceptory (komórki rzęsate)

46. Adaptacja

Potencjał receptorowy opada podczas trwania bodźca



przystosowanie receptora do podźca.

W receptorach dotyku następuje szybko i w krótkim czasie potencjał receptorowy osiąga wartośd niemal

spoczynkową, w termoreceptorach i fotoreceptorach przyjmuje wartości pośrednie, a w receptorach naprężenia
mięśni zaznacza się głównie w początkowej fazie, a później utrzymuje na stałym, dośd wysokim poziomie.
47. Kodowanie amplitudy bodźca, funkcja transformacji

Funkcja transformacji opisuje związek między amplitudą bodźca, potencjałem receptorowym i

częstotliwością potencjałów czynnościowych, jest charakterystyczna dla danego receptora.

Funkcja Stevensa:

n

S

S

k

F

)

(

0





Gdzie: F – częstotliwość potencjałów czynnościowych wywołanych bodźcem o natężeniu S, S0 - natężenie
bodźca progowego, k, n – stałe charakterystyczne dla rodzaju receptora