Wykład dla studentów kierunku analityka medyczna
Biofizyka błony biologicznej
Hanna Trębacz
Katedra i Zakład Biofizyki
Uniwersytet Medyczny w
Lublinie
2012/2013
Transport substancji przez błony
Powstawanie potencjału błonowego
Szkielet błony biologicznej utworzony jest z
dwuwarstwy lipidowej
hydrofilowy
hydrofobowy
hydrofilowy
8 nm
Błona musi być w stanie ciekłym
jeśli nie jest - nie może transportować substancji
Przejście fazowe
Tm> 30oC
Tm
Niewysycone wiÄ…zania
 ważne dla płynności błony
" Błony zawierają białka  transbłonowe i
periferialne
" Na zewnętrznej stronie błony ulokowane są
glikorproteiny
" Układ lipidów i białek po obu stronach błony jest
niesymetryczny
" Lipidy i białka błony są w ciągłym ruchu
Wewnętrzna strona błony połączona
jest z cytoszkieletem
Błona biologiczna jako płynna mozaika
(model błony wg Singera i Nicolsona)
Szkielet błony biologicznej utworzony jest z dwuwarstwy
lipidowej
Błony zawierają białka  transbłonowe i periferialne
Na zewnętrznej stronie błony ulokowane są glikorproteiny
Układ lipidów i białek po obu stronach błony jest
niesymetryczny
Lipidy i białka błony są w ciągłym ruchu
Wewnętrzna strona błony połączona jest z cytoszkieletem
BÅ‚ony biologiczne sÄ…
przepuszczalne
dla pewnych substancji i
nieprzepuszczalne
dla innych
Transport przez dwuwarstwe lipidowÄ…
- prosta dyfuzja pomiędzy łańcuchami
Transport przez błonę
- dyfuzja ułatwiona
Białka
przenośnikowe
Transport przez błonę
Prosta dyfuzja przez błony jest drogą
wymiany gazów w układzie oddechowym
oraz wymiany gazów ,wody i małych
niepolarnych czÄ…steczek przez kapilary.
Dyfuzja ułatwiona to sposób wymiany
substancji odżywczych.
Transport jonów przez błonę
- Dyfuzja jonów przez błonę - kanały jonowe
Transport wody
Cząsteczki wody przechodzą przez błonę
plazmatycznÄ… na dwa sposoby:
" Bezpośrednia dyfuzja poprzez
dwuwarstwÄ™ lipidowÄ… (prosta dyfuzja
pomiędzy łańcuchami),
" Poprzez akwaporyny  małe
transbłonowe białka pełniące rolę
kanałów dla wody
Transport przez błonę
Prosta dyfuzja pomiędzy łańcuchami lipidów
Dyfuzja ułatwiona
Dyfuzja jonów przez kanały jonowe
Transport pasywny
(bez nakładu energii)
Transport jonów przez błonę
- Aktywny transport jonów
 pompy jonowe
Pompa sodowo-potasowa
Na+/K+ ATPase
Transport aktywny - potrzebuje energii !
Aktywny transport jonów
 pompy jonowe
Transport aktywny - potrzebuje energii !
Potencjał błonowy
W żywych komórkach istnieje różnica potencjału
elektrycznego w poprzek błony plazmatycznej 
Potencjał błonowy
Potencjał błonowy większości typów komórek
jest względnie stały
Pewne komórki używają zmian potencjału
błonowego do szybkiej komunikacji (np. neurony,
komórki mięśniowe)
Potencjał błonowy
Potencjał błonowy powstaje w wyniku separacji
ładunków elektrycznych w poprzek przegrody o
pewnym oporze elektrycznym.
Istnienie potencjału błonowego jest wynikiem
działania błonowych białek transportowych:
kanałów jonowych i pomp jonowych, które mogą
rozseparowywać jony w poprzek błony.
Potencjał błonowy
K+ K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+ K+
K+ K+
K+
K+ K+
K+
K+
K+ K+
K+
K+ K+ K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+ K+
K+ K+
K+
K+ K+
K+
K+
K+
K+
Potencjał błonowy
K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+ K+
K+
K+
K+
K+ K+
K+ K+
Potencjał błonowy
K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
_K+ K+
K+
K+
K+
+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+
Potencjał błonowy  równanie Nernsta
RT a0
E (Ei E0) ln
R  stała gazowa (w
zF ai
J/(molxK))
a Å‚ c
T  temperature (w skali
Kelvina)
c0
E 60 log
(mV)
F  stała Faradaya (w
ci
C/mol)
[Ko]
C  stężenie jonów
EK 60log
[Ki]
+
-
+
+
-
+
Na
A
Na - Na
-
A
Na
A
A
-
+
+
+ +
A
-
+
- K
K
Na
Na
A
Na
A
-
-
A
- A
-
A
+ +
A
+
K Na
-
-
-
K
+
+ A
A
+
K
NaA
+
K
-
- Na
+
+
A
A -
- +
K - K
+
A
+
A A Na
-
K -
K
+
- A
A
Na
- A
+ - -
+
+
-
A K A A
K
K +
A
+
Na
-
+
K
-
+ -
A
-
+
K
A
-
A
K
A - K
-
A
A
+
- A
+
+
K
A
+
+
wnętrze
K +
K
-
+
+
K
K
K
A
Na
K
-
+
+
+
+
-
A
Na
-
- NaA- K
- Na
A
A
A
A
+
-
K
A
-
+ -
+
+
-
A
K A
K
+
K
A
+ +
K
-
-
- Na
Na - -
zewnętrze A
A
-
A
A
A
-
A
+
+
A +
+
Na
K
Na +
-
Na
-
K
A
+
A
+
K
- +
+
Na
A Na
Na -
+
A
-
Na
+
-
-
A
+ -
Na
A
+ A
+
Na
A
Na
K
+
-
-
K
+ A
A
+ +
-
-
Na
Na Na
A
A
Potencjał równowagowy
Ion [c0] (mM) [ci] (mM) E (mV)
K+ 2,5 115 -100
Na+ 145 14 +61
Cl- 90 6 -71
Potencjał błonowy  równanie Goldmana
0
RT PK[K ] PNa[Na0] PCl[Cli ]
E ln
F PK[Ki ] PNa[Nai ] PCl[Clo]
PK, PNa, PCl  przepuszczalność błony dla jonów
Potencjał spoczynkowy jest wynikiem
przepuszczalności błony dla jonów potasu
0
RT [K ]
E EK ln
Równanie Nernsta
i
F
[K ]
Potencjał spoczynkowy
-70
Potencjał spoczynkowy jest wynikiem przepuszczalności
błony dla jonów potasu
i ustawicznej pracy pompy sodowo-potasowej
Potencjał błonowy
0
RT PK[K ] PNa[Na0] PCl[Cli ]
E ln
F PK[Ki ] PNa[Nai ] PCl[Clo]
- 70 mV + 60 mV
Potencjał czynnościowy
Zmiana przepuszczalności
błony inicjuje powstanie
potencjału czynnościowego
W fazie rosnacej potencjał błonowy
depolaryzuje siÄ™ (staje siÄ™ dodatni).
Faza opadajÄ…ca (repolaryzacja).
Hiperpolaryzacja (błona staje się chwilowo
bardziej ujemna niż w stanie spoczynkowym).
Okres refrakcji  czas, w którym niemożliwe
(lub bardzo trudne) jest wzbudzenie
następnego potencjału czynnościowego.
Potencjał czynnościowy  zasada
 wszystko albo nic
W zależności od natężenia bodz
ca potencjał
czynnościowy albo zachodzi w całości albo nie
zachodzi wcale.
Amplituda potencjału czynnościowego nie zależy od
wielkości powodującego go bodz
ca, czyli 
silniejsze bodz
ce nie powodują większych
potencjałów czynnościowych.
Większe natężenie bodz
ca powoduje zwiększenie
częstotliwości potencjałów czynnościowych.
Inaczej jest przy potencjałach receptorowych, których
amplitudy zależą od natężenia bodz
ca.
E
Na
+40 mV
INa
0
IK
-70 mV
E
Cl
E
1 ms
K
Przykłady różnych potencjałów
czynnościowych
Przykłady różnych potencjałów
czynnościowych
Akson
Komórka mięśnia szkieletowego Komórka mięśnia sercowego
Propagacja potencjału
czynnościowego w nerwach
Skokowe przewodnictwo potencjału czynnościowego
w nerwach
żðDla szybkiego przewodzenia akson potrzebuje warstwy izolacyjnej  osÅ‚onki
mielinowej
żðPrÄ™dkość propagacji w aksonie z osÅ‚onka mielinowÄ… jest wiÄ™ksza niż 100
m/s.
żðPrÄ™dkość propagacji w aksonie bez osÅ‚onki mielinowej wynosi kilka m/s.
Do zobaczenia na teście !