Biologia komórki, Laboratoria, 27.10.2011 r.
Temat: Kodowanie i przekazywanie informacji.
Głównymi kationami tkanek są Na+ i K+. Wewnątrz komórek zawartość K+ wynosi ok. 140 mmol, a zawartość Na+ tylko ok. 10 mmol. W istocie międzykomórkowej jest odwrotnie.
Zmiana przepuszczalności błony komórkowej prowadzi do przenikania Na+ do wnętrza komórki i leży u podstaw przewodnictwa i pobudzania komórkowego.
Impuls nerwowy – jest potencjałem czynnościowym (elektrycznym) błony komórkowej, zależnym od przemieszczania się jonów (głównie Na+ i K+) przez błonę komórkową.
Błona komórkowa – nierównomierne rozmieszczenie ładunków elektrycznych:
- strona wewnętrzna – ujemna
- strona zewnętrzna – dodatnia
Bodziec – dostatecznie silna i szybka zmiana środowiska zewnętrznego lub wewnętrznego wywołująca pobudzenie komórki:
- bodźce podprogowe – nie wywołują reakcji
- bodziec progowy – najmniejszy bodziec wywołujący reakcję
- bodziec maksymalny – bodziec wywołujący reakcję maksymalną
Pobudliwość – zdolność reagowania na bodziec.
Pobudzenie – zmiana stanu spoczynku na stan czynny.
Polaryzacja spoczynkowa – wynika z nierównomiernego rozłożenia jonów.
Potencjał spoczynkowy – różnica potencjałów między zewnętrzną, a wewnętrzną powierzchnią błony. Ok. -70 mV.
Potencjał czynnościowy – rodzaj zaburzenia potencjału spoczynkowego, mający właściwości rozprzestrzeniania się wzdłuż włókna nerwowego.
Depolaryzacja – lokalna zmiana w rozłożeniu ładunków elektrycznych po obu stronach błony komórkowej. Wywołana przez otwarcie kanałów jonowych:
- jony Na+ - gwałtownie wnikają do wnętrza komórki
- jony K+ - przenikają na zewnątrz
Repolaryzacja – powrót do stanu początkowego.
Hiperpolaryzacja – zwiększenie ujemnego potencjału czynnościowego po wewnętrznej stronie błony.
- w miejscu, gdzie bodziec działa i nie przesuwa się po błonie
- utrudnia przyjęcie przez komórkę innych bodźców
- błona staje się mniej wrażliwa na pobudzenie
Impuls nerwowy – przesuwanie się fali depolaryzacji od miejsca zadziałania bodźca na błonę komórkową, aż do zakończeń neuronów.
Mechanizm kodowania i przekazywania informacji w komórkach nerwowych.
| Polaryzacja spoczynkowa |
|---|
| Potencjał spoczynkowy |
| Bodziec |
| Otwarcie kanałów Cl- |
| Napływ ładunków ujemnych do wnętrza komórki |
| Zwiększenie ujemnego potencjału po wewnętrznej stronie błony |
| Hiperpolaryzacja |
jednokierunkowa
„za” – repolaryzacja – aktywne są kanały potasowe, natomiast nieaktywne sodowe
kanały sodowe mogą być aktywowane w obszarze „przed”
Włókna rdzenne – otoczone osłonką mielinową. Depolaryzacja przesuwa się skokowo (w przewężeniach Ranviera). Prędkość – od 3 do 100 m/s.
Włókna bezrdzenne – brak osłonki mielinowej. Fala depolaryzacji przesuwa się w sposób ciągły, za nią następuje repolaryzacja. Prędkość – od 0,5 do 2 m/s.
Sposób przekazywania informacji w synapsie elektrycznej i chemicznej.
Synapsa.
Złącze pomiędzy komórkami nerwowymi lub między komórką nerwową a narządem wykonawczym (mięśniem, gruczołem), za pomocą którego przekazywany jest impuls elektryczny.
Synapsa składa się z:
- elementu presynaptycznego (błona presynaptyczna)
- szczeliny synaptycznej
- elementu postsynaptycznego (błona neuronu postsynaptycznego)
W zależności od sposobu przekazywania impulsu przez synapsę, synapsy dzielimy na:
- elektryczne
- chemiczne
W synapsach elektrycznych impuls nerwowy przewodzony jest z jednego neuronu (presynaptycznego) na inny (postsynaptyczny) przez bezpośredni przepływ potencjału czynnościowego, w stosunkowo wąskiej szczelinie synaptycznej.
W synapsach chemicznych, przepływ ten odbywa się za pomocą neuroprzekaźnika (neurotransmitera) – substancji uwalnianej z kolbek synaptycznych (element presynaptyczny) do szerokiej szczeliny synaptycznej, która wychwytywana jest przez element postsynaptyczny.
Schemat działania synapsy elektrycznej:
- połączenie typu neksus – tzw. złącza szczelinowego
- neurony prawie się stykają
- szczelina synaptyczna bardzo wąska, 2-3nm
- kanały (koneksony)
- konekson składa się z 6 cząsteczek białka – koneksyny – otaczają centralnie położony kanał
- wymiana jonów (Na+)
- potencjał czynnościowy, który dotrze do synapsy elektrycznej od jednej strony, może zostać przeniesiony na błonę drugiej komórki i tam rozchodzić się dalej
przekazywanie dwukierunkowe
struktura symetryczna
kierunek przewodzenia zależy od tego, z której strony do synapsy dociera fala depolaryzacji
przekazanie informacji – charakter elektryczny
duża szybkość
przekazuje pobudzenia:
- bez opóźnień
- bez możliwości adaptacji i wybiórczości
znacznie mniejsza ilość niż chemicznych
występowanie:
- mięśnie
- siatkówka oka
- część korowa mózgu
- niektóre części serca
Schemat działania synapsy chemicznej.
-> asymetryczna budowa
-> przekaz jednokierunkowy
Mechanizm przekazywania informacji.
-> dwukrotna zmiana charakteru sygnału:
- z elektrycznego na chemiczny (element presynaptyczny)
- z chemicznego na elektryczny (element postsynaptyczny)
-> wolniejszy przekaz informacji – opóźnienie synaptyczne
-> występowanie:
- narządy wewnętrzne
-> działanie wybiórcze
Przykłady mediatorów:
- pobudzające (acetylocholina, noradrenalina, adrenalina, dopamina, serotonina, histamina) depolaryzacja błony postsynaptycznej
- hamujące (kwas γ-aminomasłowy – GABA, glicyna, peptydy opioidowe) hiperpolaryzacja