1. Membranas celulares, sus tipos. propiedades de la membrana. Funciones de la membrana.

Estudios morfológicos y fisiológicos han demostrado que la membrana celular juega un papel importante en el funcionamiento de la célula.

Estructuras de membrana: núcleo, complejo de Golgi, RE, etc.

Membrana es una estructura delgada con un espesor de 7 nm. Según su composición química, la membrana contiene 25% proteínas, 25% fosfolípidos, 13% colesterol, 4% lípidos, 3% carbohidratos.

estructuralmente La base de la membrana es una doble capa de fosfolípidos. Una característica de las moléculas de fosfolípidos es que tienen partes hidrofílicas e hidrofóbicas en su composición. Las partes hidrófilas contienen grupos polares (grupos fosfato en los fosfolípidos y grupos hidróxido en el colesterol). partes hidrofílicas dirigida hacia la superficie. A hidrófobo (colas grasas) se dirigen hacia el centro de la membrana.

La molécula tiene dos colas grasas y estas cadenas hidrocarbonadas se pueden encontrar en dos configuraciones. Estirado - configuración trans(cilindro 0,48 nm). El segundo tipo es la configuración gosh-trans-gosh. En este caso, las dos colas gordas divergen y el área aumenta a 0,58 nm.

Las moléculas de lípidos en condiciones normales tienen una forma de cristal líquido. Y en este estado tienen movilidad. Además, ambos pueden moverse dentro de su capa y darse la vuelta. Cuando se baja la temperatura, se produce la transición del estado líquido de la membrana al gelatinoso, y esto reduce la movilidad de la molécula.

Cuando la molécula lipídica se mueve, se forman microcintas, que se denominan reyes, en las que se pueden atrapar sustancias.. La capa de lípidos en la membrana es una barrera para las sustancias solubles en agua, pero permite el paso de las sustancias solubles en grasa..

Además de los lípidos, la membrana también contiene moléculas de proteínas. En su mayoría glicoproteínas.

Las proteínas integrales pasan a través de ambas capas.. Otro las proteínas están parcialmente sumergidas en la capa externa o interna. Se llaman proteínas periféricas..

Este modelo de membrana se llama modelo de cristal líquido. Funcionalmente, las moléculas de proteína realizan funciones estructurales, de transporte y enzimáticas. Además, forman canales iónicos con un diámetro de 0,35 a 0,8 nm de diámetro, a través de los cuales pueden pasar los iones. Los canales tienen su propia especialización. Las proteínas integrales participan en el transporte activo y la difusión facilitada.

Las proteínas periféricas en el interior de la membrana se caracterizan por una función enzimática. En el interior: funciones antigénicas (anticuerpos) y receptoras.

cadenas de carbono puede unirse a las moléculas de proteína y luego formar glicoproteínas. O a los lípidos, entonces se les llama glicolípidos.

Funciones principales Las membranas celulares serán:

1. Función de barrera

2. Transferencia pasiva y activa de sustancias.

3. Función metabólica (debido a la presencia de sistemas enzimáticos en ellos)

4. Las membranas están involucradas en la creación de potenciales eléctricos en reposo y, al excitarse, corrientes de acción.

5. Función de receptor.

6. Inmunológico (asociado a la presencia de antígenos y la producción de anticuerpos).

7. Proporciona interacción intercelular e inhibición por contacto.

Tras el contacto de células homogéneas, se produce la inhibición de la división celular. Esta función se pierde en las células cancerosas. Además, las células cancerosas entran en contacto no solo con las propias, sino también con otras células, infectándolas.

Función de permeabilidad de la membrana. Transporte.

El transporte de sustancias a través de las membranas puede ser pasivo o activo.

transferencia pasiva las sustancias pasan a través de las membranas sin gasto de energía en presencia de gradientes (diferencias en las concentraciones de sustancias, diferencias en el gradiente electroquímico, en presencia de un gradiente de presión y un gradiente osmótico). En este caso, el transporte pasivo se realiza mediante:

Difusión.

Filtración. Se lleva a cabo en presencia de una diferencia de presión hidrostática.

Ósmosis. Durante la ósmosis, el solvente se mueve. Es decir, el agua de una solución pura pasará a una solución con mayor concentración.

En todos estos casos sin desperdicio de energía. Las sustancias pasan a través de los poros que están presentes en la membrana.

Hay poros con conductividad lenta en la membrana, pero no hay muchos de esos poros en la membrana. La mayoría de los canales de la membrana también tienen un mecanismo de puerta en su estructura que bloquea el canal. Estos canales se pueden controlar de dos maneras: responden a cambios de carga (canales eléctricamente excitables o controlados por voltaje). En otro caso, la puerta del canal se abre cuando se une una sustancia química (quimioexcitable o dependiente de ligando).

Transferencia activa sustancias a través de la membrana se asocia con el transporte de sustancias contra el gradiente.

Para el transporte activo se utilizan proteínas integrales que tienen funciones enzimáticas. El ATP se utiliza como energía. Las proteínas integrales tienen mecanismos especiales (proteína) que se activan cuando la concentración de una sustancia aumenta fuera de la célula o cuando disminuye dentro.

Corrientes de reposo.

Potencial de membrana. La membrana está cargada positivamente por fuera y negativamente por dentro. 70-80 mV.

La corriente de falla es la diferencia de carga entre el no dañado y el dañado. Dañado tiene carga negativa, en relación con el todo.

La corriente metabólica es la diferencia de potencial debida a la desigual intensidad de los procesos metabólicos.

Origen Potencial de membrana explicar en términos de teoría de iones de membrana, que tiene en cuenta la permeabilidad desigual de la membrana para los iones y la diferente composición de iones en el líquido intracelular e intercelular. Se ha establecido que tanto el líquido intracelular como el intercelular tienen la misma cantidad de iones positivos y negativos, pero la composición es diferente. Líquido externo: Na + , Cl - Líquido interno: K + , A - (aniones orgánicos)

En reposo, la membrana es permeable a los iones de diferentes formas. El potasio tiene la mayor permeabilidad, seguido por el sodio y el cloro. Las membranas no son permeables a los aniones orgánicos.

Debido a la mayor permeabilidad de los iones de potasio, abandonan la célula. Como resultado, la organización se acumula en el interior. aniones Como resultado, se crea una diferencia de potencial (potencial de difusión de potasio), que dura tanto como puede salir.

El potencial de potasio calculado es -90 mV. Y el potencial práctico es -70 mV. Esto sugiere que otro ion también participa en la creación del potencial.

Para contener el potencial en la membrana, la célula debe funcionar, porque el movimiento de los iones de potasio fuera de la célula y el sodio dentro de la célula conduciría a una violación de la señal. Las membranas están polarizadas. Afuera, la carga será positiva y afuera, negativa.

Expresar carga eléctrica membranas

Reversión o rebasamiento - cambio de signo de carga. Vuelta a la carga original - repolarización.

corrientes excitadas.

Cuando un estímulo actúa sobre la membrana, se produce una excitación a corto plazo. El proceso de excitación es local y se propaga a lo largo de la membrana, y luego se despolariza. A medida que avanza la excitación, se despolariza una nueva sección de la membrana, y así sucesivamente. La corriente de acción es una corriente de dos fases.

En cada fase de la corriente de acción, se puede distinguir una respuesta local, que es reemplazada por un potencial de pico, y después del potencial de pico hay un potencial de traza negativo y positivo. Ocurre bajo la acción de un estímulo. Para explicar la corriente de acción, se propuso teoría de membrana-mon(Hodge, Huxley, Katz). Ellos demostraron que potencial de acción mayor que el potencial de reposo. Cuando el estímulo actúa sobre la membrana, se desplaza una carga hacia la membrana (despolarización parcial) y esto provoca la apertura de los canales de sodio. El sodio penetra en la célula, reduciendo gradualmente la carga en la membrana, pero el potencial de acción no surge durante ninguna acción, sino solo en un valor crítico (cambio de 20-30 mV): despolarización crítica. Al mismo tiempo, casi todos los canales de sodio se abren y, en este caso, el sodio comienza a penetrar en la célula como una avalancha. Se produce una despolarización completa. El proceso no se detiene aquí, sino que continúa fluyendo hacia la celda y se carga hasta +40. En la parte superior del potencial máximo, las puertas h se cierran. A este valor potencial, la puerta de potasio se abre en la membrana. Y dado que Ka+ es más grande por dentro, entonces Ka+ comienza a salir de la celda y la carga comenzará a volver a su valor original. Va rápido al principio y luego se ralentiza. Este fenómeno se denomina potencial de cola negativo. Luego, la carga se restaura a su valor original y luego se registra un potencial de traza positivo, caracterizado por una mayor permeabilidad al potasio. Se produce un estado de hiperpolarización de la membrana (potencial traza positivo) El movimiento de los iones es pasivo. Para una excitación, 20 000 iones de sodio entran en la célula y 20 000 iones de potasio salen de la célula.

Se necesita un mecanismo de bombeo para restaurar la concentración. Se introducen 3 iones de sodio positivos y salen 2 iones de potasio durante el transporte activo.

La excitabilidad de la membrana cambia y, por lo tanto, el potencial de acción. Durante la respuesta local, se produce un aumento gradual de la excitación. Durante la respuesta máxima, la emoción desaparece.

Con un potencial de traza negativo, la excitabilidad aumentará nuevamente, porque la membrana nuevamente se despolariza parcialmente. En la fase de potencial de luz positivo, hay una disminución en la excitabilidad. En estas condiciones, la excitabilidad disminuye.

La velocidad del proceso excitatorio - labilidad.. Medida de labilidad - el número de excitaciones por unidad de tiempo. Las fibras nerviosas reproducen de 500 a 1000 impulsos por segundo. Diferentes tejidos tienen diferente labilidad.

2. Receptores, su clasificación: por localización (membrana, nuclear), por el mecanismo de desarrollo de procesos (iono y metabotrópico), por la velocidad de recepción de la señal (rápida, lenta), por el tipo de sustancias perceptoras.

La recepción por parte de la célula de una señal de los mensajeros primarios es proporcionada por proteínas receptoras especiales, para las cuales los mensajeros primarios son ligandos. Para garantizar la función del receptor, las moléculas de proteína deben cumplir una serie de requisitos:

• tener alta selectividad de ligando;
• la cinética de la unión del ligando debe describirse mediante una curva con saturación correspondiente al estado de pleno empleo de todas las moléculas receptoras, cuyo número en la membrana es limitado;
• los receptores deben tener especificidad tisular, reflejando la presencia o ausencia de estas funciones en las células del órgano diana;
• la unión del ligando y su efecto celular (fisiológico) deben ser reversibles, los parámetros de afinidad deben corresponder a las concentraciones fisiológicas del ligando.

Los receptores celulares se dividen en las siguientes clases:

• membrana
• tirosina quinasas receptoras
• Receptores acoplados a proteína G
• canales iónicos
• citoplasmático
• nuclear

Los receptores de membrana reconocen moléculas de señalización grandes (p. ej., insulina) o hidrófilas (p. ej., adrenalina) que no pueden ingresar a la célula por sí mismas. Las moléculas de señalización hidrofóbicas pequeñas (p. ej., triyodotironina, hormonas esteroides, CO, NO) pueden ingresar a la célula por difusión. Los receptores de dichas hormonas suelen ser proteínas citoplasmáticas o nucleares solubles. Después de que el ligando se une al receptor, la información sobre este evento se transmite más a lo largo de la cadena y conduce a la formación de una respuesta celular primaria y secundaria.

Las dos clases principales de receptores de membrana son los receptores metabotrópicos y los receptores ionotrópicos.

Los receptores ionotrópicos son canales de membrana que se abren o cierran cuando se unen a un ligando. Las corrientes de iones resultantes provocan cambios en la diferencia de potencial transmembrana y, como resultado, la excitabilidad de la célula, y también cambian las concentraciones intracelulares de iones, lo que secundariamente puede conducir a la activación de sistemas mediadores intracelulares. Uno de los receptores ionotrópicos más estudiados es el receptor n-colinérgico.

La estructura de una proteína G que consta de tres tipos de unidades (heterotriméricas): αt / αi (azul), β (roja) y γ (verde)

Los receptores metabotrópicos están asociados con los sistemas de mensajeros intracelulares. Los cambios en su conformación al unirse a un ligando conducen al lanzamiento de una cascada de reacciones bioquímicas y, en última instancia, a un cambio en el estado funcional de la célula. Los principales tipos de receptores de membrana:

Receptores asociados con proteínas G heterotriméricas (por ejemplo, el receptor de vasopresina).

Receptores con actividad tirosina quinasa intrínseca (por ejemplo, receptor de insulina o receptor del factor de crecimiento epidérmico).

Los receptores acoplados a proteína G son proteínas transmembrana que tienen 7 dominios transmembrana, un extremo N extracelular y un extremo C intracelular. El sitio de unión al ligando está ubicado en bucles extracelulares, y el dominio de unión a la proteína G está cerca del extremo C en el citoplasma.

La activación del receptor hace que su subunidad α se disocie del complejo de subunidades βγ y, por lo tanto, se active. Después de eso, activa o viceversa inactiva la enzima que produce segundos mensajeros.

Los receptores con actividad de tirosina cinasa fosforilan las proteínas intracelulares posteriores, a menudo también las proteínas cinasas, y transmiten así una señal al interior de la célula. Estructuralmente, son proteínas transmembrana con un solo dominio de membrana. Como regla general, los homodímeros, cuyas subunidades están conectadas por puentes disulfuro.

3. Receptores ionotrópicos, receptores metabotrópicos y sus variedades. Sistemas mediadores secundarios de la acción de los receptores metabotrópicos (cAMP, cGMP, inositol-3-fosfato, diacilglicerol, iones Ca++).

Los receptores de los neurotransmisores se encuentran en las membranas de las neuronas o células diana (células musculares o glandulares). Su localización puede ser tanto en las membranas postsinápticas como presinápticas. En las membranas presinápticas, los llamados autorreceptores se ubican con mayor frecuencia, que regulan la liberación del mismo mediador desde la terminación presináptica. Pero también hay heteroautorreceptores que también regulan la liberación de un mediador, pero en estos receptores la liberación de un mediador está regulada por otro mediador o neuromodulador.

La mayoría de los receptores son proteínas oligoméricas unidas a la membrana que se unen a un ligando (neurotransmisor) con alta afinidad y alta selectividad. Como resultado de esta interacción, se desencadena una cascada de cambios intracelulares. Los receptores se caracterizan por la afinidad por el ligando, la cantidad, saturación y capacidad de disociación del complejo receptor-ligando. Se ha encontrado que algunos receptores tienen isoformas que difieren en su afinidad por ciertos ligandos. Estas isoformas pueden estar en el mismo tejido.

Los ligandos son sustancias que interactúan selectivamente con un receptor dado. Si una sustancia farmacológica activa este receptor, es un agonista del mismo, y si reduce su actividad, entonces es un antagonista.

La unión del ligando al receptor conduce a un cambio en la conformación del receptor, debido a lo cual se abren los canales iónicos o se desencadena una cascada de reacciones que conducen a cambios en el metabolismo.

Hay receptores ionotrópicos y metabotrópicos.

receptores ionotrópicos. Debido a la formación de un potencial postsináptico, el canal iónico correspondiente se abre inmediatamente después de la acción del mediador o mediante la activación de la proteína G. En este caso, el receptor por sí mismo forma un canal de iones o está asociado con él. Después de la unión del ligando y la activación del receptor, se abre el canal para el ion correspondiente. Como resultado, se forma un potencial postsináptico en la membrana. Los receptores ionotrópicos son una forma de transmisión rápida de señales y la formación de PSP sin cambiar los procesos metabólicos en la célula.

receptores metabotrópicos. Esta es una ruta de transmisión de señal más compleja. En este caso, tras la unión del ligando al receptor, se activa la cascada de fosforilación-desfosforilación. Esto se hace ya sea directamente o a través de segundos mensajeros, por ejemplo, a través de tirosina cinasa, cAMP, cGMP, trifosfato de inositol o diacilglicerol, o aumentando el calcio intracelular, lo que da como resultado la activación de proteínas cinasas. La fosforilación implica con mayor frecuencia la activación de proteína quinasa dependiente de cAMP o dependiente de diacilglicerol. Estos efectos se desarrollan más lentamente y duran más.

La afinidad de un receptor por el neurotransmisor correspondiente puede cambiar de la misma manera que por las hormonas, por ejemplo, debido a cambios alostéricos en el receptor u otros mecanismos. Por lo tanto, ahora se hace referencia a los receptores como estructuras móviles y fácilmente modificables. Como parte de la membrana, las proteínas receptoras pueden interactuar con otras proteínas de membrana (la llamada internalización del receptor). Los neuromoduladores, como los neurotransmisores, pueden afectar el número y la sensibilidad de los receptores. La presencia a largo plazo de grandes cantidades de un neurotransmisor o neuromodulador puede reducir su sensibilidad (regulación negativa), y la falta de ligandos aumenta su sensibilidad (regulación positiva).

4. Canales iónicos, su estructura. Clasificación de los canales iónicos. Canales de sodio y potasio.

Estructura y funciones de los canales iónicos. Los iones Na + , K + , Ca 2+ , Cl - penetran dentro de la célula y salen a través de canales especiales llenos de líquido. El tamaño de los canales es bastante pequeño (diámetro de 0,5 a 0,7 nm). Los cálculos muestran que el área total de los canales ocupa una parte insignificante de la superficie de la membrana celular.

La función de los canales iónicos se estudia de varias maneras. El más común es el método de fijación de voltaje, o "abrazadera de voltaje" (Fig. 2.2). La esencia del método radica en el hecho de que con la ayuda de sistemas electrónicos especiales, durante el experimento, el potencial de membrana se cambia y se fija en un cierto nivel. En este caso, se mide la magnitud de la corriente de iones que fluye a través de la membrana. Si la diferencia de potencial es constante, entonces, de acuerdo con la ley de Ohm, la magnitud de la corriente es proporcional a la conductividad de los canales iónicos. En respuesta a la despolarización por pasos, se abren ciertos canales, los iones correspondientes ingresan a la célula a lo largo de un gradiente electroquímico, es decir, surge una corriente de iones que despolariza la célula. Este cambio se registra usando un amplificador de control y una corriente eléctrica pasa a través de la membrana, igual en magnitud, pero de dirección opuesta, a la corriente de iones de la membrana. En este caso, la diferencia de potencial transmembrana no cambia. El uso combinado del método de abrazadera potencial y bloqueadores de canales iónicos específicos condujo al descubrimiento de varios tipos de canales iónicos en la membrana celular.

Actualmente, se instalan muchos tipos de canales para varios iones (Tabla 2.1). Algunos de ellos son muy específicos, este último, además del ion principal, también puede dejar pasar otros iones.

El estudio de la función de los canales individuales es posible mediante el método de fijación local de la "abrazadera de ruta" potencial; arroz. 2.3, A). Se llena un microelectrodo de vidrio (micropipeta) con una solución salina, se presiona contra la superficie de la membrana y se crea un ligero vacío. En este caso, parte de la membrana es absorbida por el microelectrodo. Si un canal de iones está en la zona de succión, se registra la actividad de un solo canal. El sistema de estimulación y registro de la actividad del canal difiere poco del sistema de fijación de voltaje.

Tabla 2.1. Los canales iónicos y las corrientes iónicas más importantes de las células excitables

Tipo de canal	Función		bloqueador de canales
Potasio (en reposo)	generación de potencial en reposo	I K + (fuga)
sodio	Generación de potencial de acción
calcio	Generación de potenciales lentos		D-600, verapamilo
Potasio (rectificación retardada)	Asegurar la repolarización	Yo K + (retraso)
Potasio activado por calcio	Limitación de la despolarización por corriente de Ca 2+

Nota. TEA - tetraetilamonio; TTX - tetrodotoxina.

La parte exterior del canal es relativamente accesible para su estudio, el estudio de la parte interior presenta importantes dificultades. P. G. Kostyuk desarrolló un método de diálisis intracelular que permite estudiar la función de las estructuras de entrada y salida de los canales iónicos sin el uso de microelectrodos. Resultó que la parte del canal iónico abierta al espacio extracelular difiere en sus propiedades funcionales de la parte del canal que mira hacia el entorno intracelular.

Son los canales iónicos los que proporcionan dos propiedades importantes de la membrana: selectividad y conductividad.

selectividad, o selectividad, canal es proporcionado por su estructura proteica especial. La mayoría de los canales están controlados eléctricamente, es decir, su capacidad para conducir iones depende de la magnitud del potencial de membrana. El canal es heterogéneo en sus características funcionales, especialmente para las estructuras proteicas ubicadas en la entrada al canal y en su salida (los llamados mecanismos de puerta).

5. El concepto de excitabilidad. Parámetros de excitabilidad del sistema neuromuscular: umbral de irritación (reobase), tiempo útil (cronaxia). La dependencia de la fuerza de estimulación en el momento de su acción (curva Goorweg-Weiss). Refractario.

Excitabilidad- la capacidad de la célula para responder a la estimulación mediante la formación de AP y una reacción específica.

1) la fase de la respuesta local: despolarización parcial de la membrana (la entrada de Na + en la célula). Si aplica un pequeño estímulo, entonces la respuesta es más fuerte.

Despolarización local - fase de exaltación.

2) la fase de refractariedad absoluta: la propiedad de los tejidos excitables de no formar AP bajo ningún estímulo de ninguna fuerza

3) fase de refractariedad relativa.

4) fase de repolarización lenta - irritación - de nuevo una fuerte respuesta

5) fase de hiperpolarización: la excitabilidad es menor (subnormal), el estímulo debe ser grande.

labilidad funcional- evaluación de la excitabilidad tisular a través del máximo número posible de AP por unidad de tiempo.

Leyes de la excitación:

1) la ley de la fuerza: la fuerza del estímulo debe ser umbral o supraumbral (el valor mínimo de la fuerza que provoca la excitación). Cuanto más fuerte es el estímulo, más fuerte es la excitación, solo para asociaciones de tejidos (tronco nervioso, músculo, excepción - SMC).

2) la ley del tiempo: un estímulo de acción prolongada debe ser suficiente para que se produzca la excitación.

Existe una relación inversamente proporcional entre la fuerza y ​​el tiempo dentro de los límites entre el tiempo mínimo y la fuerza mínima. La fuerza mínima, la reobase, es la fuerza que provoca la excitación y no depende de la duración. El tiempo mínimo es el tiempo útil. La cronaxia es la excitabilidad de un tejido en particular, el tiempo en el que se produce la excitación es igual a dos reobases.

Cuanto mayor sea la fuerza, mayor será la respuesta hasta cierto valor.

Factores que crean MPP:

1) la diferencia entre las concentraciones de sodio y potasio

2) diferente permeabilidad para sodio y potasio

3) el funcionamiento de la bomba Na-K (salida 3 Na+, retorno 2 K+).

La relación entre la fuerza del estímulo y la duración de su impacto, necesaria para que se produzca una respuesta mínima de una estructura viva, se puede trazar muy bien en la llamada curva fuerza-tiempo (curva de Goorweg-Weiss-Lapik) .

Del análisis de la curva se sigue que, por grande que sea la fuerza del estímulo, si la duración de su acción es insuficiente, no habrá respuesta (señala a la izquierda de la rama ascendente de la hipérbola). Un fenómeno similar se observa con la acción prolongada de estímulos subumbrales. La corriente mínima (o voltaje) que puede causar excitación es llamada por Lapik reobase (el segmento de la ordenada OA). El período de tiempo más pequeño durante el cual una corriente igual en fuerza al doble de la reobase provoca excitación en el tejido se denomina cronaxia (segmento de abscisa OF), que es un indicador de la duración umbral de la estimulación. La cronaxia se mide en δ (milésimas de segundo). Por la magnitud de la cronaxia, se puede juzgar la tasa de aparición de excitación en el tejido: cuanto menor es la cronaxia, más rápido se produce la excitación. La cronaxia de las fibras nerviosas y musculares humanas es igual a milésimas y diezmilésimas de segundo, y la cronaxia de los llamados tejidos lentos, por ejemplo, las fibras musculares del estómago de la rana, es de centésimas de segundo.

La definición de cronaxia de tejidos excitables se ha generalizado no solo en el experimento, sino también en la fisiología del deporte, en la clínica. En particular, al medir la cronaxia del músculo, el neuropatólogo puede establecer la presencia de daño en el nervio motor. Cabe señalar que el estímulo puede ser bastante fuerte, tener una duración de umbral, pero una baja tasa de aumento en el tiempo hasta el valor de umbral, la excitación no se produce en este caso. La adaptación de un tejido excitable a un estímulo de crecimiento lento se denomina acomodación. La acomodación se debe al hecho de que durante el aumento de la fuerza del estímulo, los cambios activos tienen tiempo de desarrollarse en el tejido que aumentan el umbral de irritación y evitan el desarrollo de la excitación. Por tanto, la tasa de aumento de la estimulación a lo largo del tiempo, o el gradiente de estimulación, es esencial para el inicio de la excitación.

La ley del gradiente de excitación. La reacción de una formación viva a un estímulo depende del gradiente de irritación, es decir, de la urgencia o inclinación del crecimiento del estímulo en el tiempo: cuanto mayor sea el gradiente de irritación, más fuerte (hasta ciertos límites) será la respuesta del estímulo excitable. formación.

En consecuencia, las leyes de la estimulación reflejan la compleja relación entre el estímulo y la estructura excitable durante su interacción. Para que ocurra la excitación, el estímulo debe tener una fuerza umbral, una duración umbral y una cierta tasa de aumento en el tiempo.

6. Bombas de iones (ATPasas):k+- N / A+-izquierda,California2+ (plasmolema y retículo sarcoplásmico),H+- k+-intercambiador.

De acuerdo con los conceptos modernos, las membranas biológicas contienen bombas de iones que funcionan debido a la energía libre de la hidrólisis de ATP, sistemas especiales de proteínas integrales (ATPasas de transporte).

Actualmente se conocen tres tipos de bombas iónicas electrogénicas que realizan una transferencia activa de iones a través de la membrana (Fig. 13).

La transferencia de iones por ATPasas de transporte ocurre debido a la conjugación de procesos de transferencia con reacciones químicas, debido a la energía del metabolismo celular.

Durante el trabajo de K + -Na + -ATPasa debido a la energía liberada durante la hidrólisis de cada Moléculas de ATP, dos iones de potasio se transfieren a la célula y tres iones de sodio se bombean fuera de la célula al mismo tiempo. Así, se crea una mayor concentración de iones de potasio en la célula y una menor concentración de sodio en comparación con el medio intercelular, lo que tiene una gran importancia fisiológica.

Signos de una "biobomba":

1. Movimiento contra el gradiente del potencial electroquímico.

2. el flujo de materia está asociado con la hidrólisis de ATP (u otra fuente de energía).

3. asimetría del vehículo de transporte.

4. La bomba in vitro es capaz de hidrolizar ATP solo en presencia de los iones que transporta in vivo.

5. al incrustar la bomba en un entorno artificial, es capaz de mantener la selectividad.

El mecanismo molecular del trabajo de las ATPasas iónicas no se comprende completamente. No obstante, se pueden rastrear las principales etapas de este complejo proceso enzimático. En el caso de K + -Na + -ATPasa, hay siete etapas de transferencia de iones asociadas con la hidrólisis de ATP.

El diagrama muestra que las etapas clave de la enzima son:

1) la formación de un complejo enzimático con ATP en la superficie interna de la membrana (esta reacción es activada por iones de magnesio);

2) unión por el complejo de tres iones de sodio;

3) fosforilación de la enzima con formación de adenosina difosfato;

4) flip (flip-flop) de la enzima dentro de la membrana;

5) la reacción de intercambio iónico de sodio por potasio, que se produce en la superficie exterior de la membrana;

6) cambio inverso del complejo enzimático con la transferencia de iones de potasio a la célula;

7) el retorno de la enzima a su estado original con la liberación de iones de potasio y fosfato inorgánico (P).

Así, durante un ciclo completo, la célula libera tres iones de sodio, el citoplasma se enriquece con dos iones de potasio y se hidroliza una molécula de ATP.

7. Potencial de membrana, magnitud y origen.

Se han propuesto muchas teorías para explicar el origen de los biopotenciales. La teoría de la membrana propuesta por el investigador alemán Bernstein (1902, 1912) se fundamenta experimentalmente de forma más completa. En la época moderna, esta teoría ha sido modificada y desarrollada experimentalmente por Hodgkin, Huxley, Katz (1949-1952).

Se ha establecido que la base de los fenómenos bioeléctricos es la distribución desigual (asimetría) de iones en el citoplasma de la célula y su entorno. Así, el protoplasma de las células nerviosas y musculares contiene de 30 a 50 veces más iones de potasio, de 8 a 10 veces menos de iones de sodio y de 50 veces menos de iones de cloruro que el líquido extracelular. Además, el citoplasma celular contiene aniones orgánicos (compuestos moleculares grandes que transportan carga negativa), que están ausentes en el medio extracelular.

Los defensores de la teoría de la membrana creen que la principal causa de la asimetría iónica es la presencia de una membrana celular con propiedades específicas.

La membrana celular es una capa compacta de citoplasma, cuyo grosor es de unos 10 nm (100 A). El uso de métodos de investigación microscópicos electrónicos hizo posible determinar la estructura fina de la membrana (Fig. 55). La membrana celular consiste en una doble capa de moléculas de fosfolípidos, que está cubierta por dentro con una capa de moléculas de proteína y por fuera con una capa de moléculas de carbohidratos complejos: mucopolisacáridos. La membrana tiene canales especiales: "poros" a través de los cuales el agua y los iones penetran en la célula. Se supone que hay canales especiales para cada ion. En este sentido, la permeabilidad de la membrana para determinados iones dependerá del tamaño de los poros y de los diámetros de los propios iones.

En un estado de reposo fisiológico relativo, la membrana tiene una mayor permeabilidad a los iones de potasio, mientras que su permeabilidad a los iones de sodio se reduce drásticamente.

Así, las peculiaridades de la permeabilidad de la membrana celular, así como el tamaño de los propios iones, son una de las razones que aseguran la asimetría de la distribución de iones a ambos lados de la membrana celular. La asimetría iónica es una de las principales razones de la aparición del potencial de reposo, mientras que el papel principal pertenece a la distribución desigual de los iones de potasio.

Hodgkin realizó experimentos clásicos en una fibra nerviosa de calamar gigante. La concentración de iones de potasio se igualó dentro de la fibra y en el líquido circundante: el potencial de reposo desapareció. Si la fibra se llenaba con una solución salina artificial de composición similar al líquido intracelular, se establecía una diferencia de potencial entre los lados interno y externo de la membrana, aproximadamente igual al potencial de reposo de una fibra normal (50 a 80 mV).

El mecanismo de formación del potencial de acción es mucho más complicado. El papel principal en la aparición de corrientes de acción pertenece a los iones de sodio. Bajo la acción de un estímulo de fuerza umbral, la permeabilidad de la membrana celular para los iones de sodio aumenta 500 veces y supera la permeabilidad para los iones de potasio entre 10 y 20 veces. En este sentido, el sodio se precipita hacia la célula como una avalancha, lo que provoca una recarga de la membrana celular. La superficie exterior está cargada negativamente con respecto a la interior. Hay una despolarización de la membrana celular, acompañada de una reversión del potencial de membrana. La inversión del potencial de membrana es el número de milivoltios (mV) por los que el potencial de acción supera al potencial de reposo. La restauración del nivel inicial del potencial de membrana (repolarización) se lleva a cabo debido a una fuerte disminución de la permeabilidad al sodio (inactivación) y la transferencia activa de iones de sodio desde el citoplasma celular al medio ambiente.

Hodgkin también proporcionó evidencia para la hipótesis del potencial de acción del sodio. De hecho, si el potencial de acción tiene una naturaleza de sodio, al variar la concentración de iones de sodio, puede cambiar el valor del potencial de acción. Resultó que al reemplazar 2/3 del agua de mar, que es el ambiente normal para el axón del calamar gigante, con una solución de dextrosa isotónica, es decir, cuando la concentración de sodio en el ambiente cambia en 2/3, el potencial de acción disminuye en mitad.

Así, la aparición de biopotenciales es función de una membrana biológica con permeabilidad selectiva. La magnitud del potencial de reposo y del potencial de acción está determinada por la asimetría iónica en el sistema célula-ambiente.

8. Fenómenos eléctricos en los tejidos nervioso y muscular durante la excitación. Potencial de acción, su magnitud, fases y duración. La relación entre las fases del potencial de acción y las fases de excitabilidad.

Ya hemos demostrado anteriormente que la conducción de la excitación en las fibras nerviosas y musculares se lleva a cabo con la ayuda de impulsos eléctricos que se propagan a lo largo de la membrana superficial. La transmisión de la excitación del nervio al músculo se basa en un mecanismo diferente. Se lleva a cabo como resultado de la liberación de compuestos químicos altamente activos por parte de las terminaciones nerviosas, mediadores del impulso nervioso. En las sinapsis del músculo esquelético, dicho mediador es la acetilcolina (ACh).

En la sinapsis neuromuscular, hay tres elementos estructurales principales: membrana presináptica en el nervio membrana postsináptica en el músculo, entre ellos - hendidura sináptica . La forma de la sinapsis se puede variar. En reposo, la ACh está contenida en las llamadas vesículas sinápticas dentro de la placa terminal de la fibra nerviosa. El citoplasma de la fibra con vesículas sinápticas flotando en él está separado de la hendidura sináptica por la membrana presináptica. Cuando la membrana presináptica se despolariza, su carga y permeabilidad cambian, las burbujas se acercan a la membrana y se vierten en la hendidura sináptica, cuyo ancho alcanza los 200-1000 angstroms. El mediador comienza a difundirse a través del espacio hacia la membrana postsináptica.

La membrana postsináptica no es electrogénica, pero tiene una alta sensibilidad al mediador debido a la presencia en ella de los llamados receptores colinérgicos, grupos bioquímicos que pueden reaccionar selectivamente con la ACh. Este último alcanza la membrana postsináptica en 0,2-0,5 mseg. (así llamado "retraso sináptico") y, al interactuar con los receptores colinérgicos, provoca un cambio en la permeabilidad de la membrana para el Na, lo que conduce a la despolarización de la membrana postsináptica y la generación de una onda de despolarización en ella, que se denomina potencial postsináptico excitatorio, (EPSP), cuyo valor excede el Ek de las secciones electrogénicas vecinas de la membrana de la fibra muscular. Como resultado, surge en ellos un AP (potencial de acción), que se extiende por toda la superficie de la fibra muscular y luego provoca su contracción, iniciando el proceso de los llamados. Interfaz electromecánica (Kapling). El mediador en la hendidura sináptica y en la membrana postsináptica actúa durante un tiempo muy breve, ya que es destruido por la enzima colinesterasa, que prepara la sinapsis para recibir una nueva porción del mediador. También se ha demostrado que parte de la ACh que no ha reaccionado puede volver a la fibra nerviosa.

Con ritmos de estimulación muy frecuentes, se pueden resumir los potenciales postsinápticos, ya que la colinesterasa no tiene tiempo de descomponer completamente la ACh liberada en las terminaciones nerviosas. Como resultado de esta suma, la membrana postsináptica se despolariza cada vez más. Al mismo tiempo, las secciones electrogénicas vecinas de la fibra muscular entran en un estado de depresión, similar al que se desarrolla durante la acción prolongada del cátodo de corriente continua. (depresión catódica de Verigo).

La excitación en el tejido se manifiesta en la aparición de una función específica para él (conducción de la excitación tejido nervioso, contracción muscular, secreción glandular) y reacciones inespecíficas (generación de potencial de acción, cambios metabólicos).

Corriente de acción (PD y PKP): una corriente eléctrica que se produce en los nervios, los músculos y algunas células vegetales entre sus áreas excitadas y de reposo adyacentes. Es causado por cambios en la permeabilidad iónica de la membrana y el potencial que se desarrolla en el área excitada. Juega un papel importante en la propagación del potencial de acción a lo largo de la célula (fibra). Un potencial de acción es un cambio en el potencial de membrana que se produce en el tejido bajo la acción de un estímulo umbral y supraumbral, que se acompaña de una recarga de la membrana celular.

Bajo la acción de un estímulo umbral o supraumbral, la permeabilidad de la membrana celular a los iones cambia en diversos grados. Para los iones de Na, aumenta de 400 a 500 veces y el gradiente crece rápidamente, para los iones de K, de 10 a 15 veces, y el gradiente se desarrolla lentamente. Como resultado, el movimiento de iones de Na ocurre dentro de la célula, los iones de K salen de la célula, lo que conduce a una recarga de la membrana celular. La superficie exterior de la membrana está cargada negativamente, mientras que la superficie interior es positiva. Mediciones precisas han demostrado que la amplitud del potencial de acción es 30-50 mV mayor que el valor del potencial de reposo.

fases de DP. La DP consta de 2 fases:

1. Fase de despolarización. Corresponde a un cambio rápido en el potencial de membrana (despolarización de membrana) de aproximadamente 110 mV. El potencial de membrana cambia de un nivel de reposo (alrededor de -70 mV) a un valor cercano al potencial de equilibrio, el potencial en el que la corriente entrante toma valor cero (ENa+ (alrededor de 40 mV)).

2. Fase de repolarización. El potencial de membrana vuelve a alcanzar el nivel de reposo (la membrana se repolariza), después de lo cual se produce una hiperpolarización a un valor de unos 10 mV menos (más negativo) que el potencial de reposo, es decir, aproximadamente -80 mV.

La duración del potencial de acción en las fibras nerviosas y del músculo esquelético varía entre 0,1 y 5 ms, mientras que la fase de repolarización siempre es más larga que la fase de despolarización.

La relación de las fases del potencial de acción y la excitabilidad. El nivel de excitabilidad celular depende de la fase AP. En la fase de respuesta local, aumenta la excitabilidad. Esta fase de excitabilidad se llama adición latente. En la fase de repolarización AP, cuando todos los canales de sodio se abren y los iones de sodio se precipitan hacia la célula como una avalancha, ni siquiera un estímulo superfuerte puede estimular este proceso. Por lo tanto, la fase de despolarización corresponde a la fase de refractariedad absoluta. Durante la fase de repolarización, se cierran cada vez más canales de sodio. Sin embargo, pueden reabrirse bajo la acción de un estímulo supraumbral. Esto corresponde a la fase de refractariedad relativa. Durante la despolarización de trazas, el MP se encuentra en un nivel crítico, por lo que incluso los estímulos previos al umbral pueden provocar la excitación celular. Por lo tanto, en este momento, su excitabilidad aumenta. Esta fase se llama la fase de excitabilidad supernormal. En el momento de la hiperpolarización del rastro, el MP es más alto que el nivel inicial. Está en una fase de excitabilidad subnormal.

9. La estructura de los músculos esqueléticos y su inervación. unidad motora. Propiedades fisiológicas músculos, sus características en el recién nacido.

Clasificación morfofuncional de los músculos:

1. Rayas cruzadas

a) esquelético: células multinucleadas, estriadas transversalmente, núcleos más cercanos al sarcolema. Peso 40%.

b) cardíaco: células mononucleares estriadas transversalmente, el núcleo en el centro. Peso 0,5%.

2. Liso: células uninucleares, no tienen estrías transversales. Forman parte de otros órganos. peso total 5-10%.

Propiedades generales de los músculos.

1) Excitabilidad. PP = - 90mV. Amplitud de DP = 120 mV - +30 mV inversión de signo.

2) Conductividad: la capacidad de conducir DP a lo largo de la membrana celular (3-5 m/s). Proporciona la entrega de PD a los túbulos T y de ellos a los túbulos L que liberan calcio.

3) Contractilidad: la capacidad de acortar o desarrollar tensión cuando se excita.

4) Elasticidad: la capacidad de volver a la longitud original.

Funciones del músculo esquelético:

1. Movimiento del cuerpo en el espacio

2. Partes móviles del cuerpo entre sí

3. Mantén la postura

4. Generación de calor

5. Movimiento de sangre y linfa (trabajo dinámico)

6. Participación en la ventilación pulmonar

7. Protección de órganos internos

8. Factor antiestrés

Niveles de organización del músculo esquelético:

Todo el músculo está rodeado de epimisio, los vasos y los nervios se acercan a él. Los haces musculares separados están cubiertos con perimisio. Un haz de células (fibra muscular o simplasto) - cubierto con endomisio. La célula contiene miofibrillas de miofilamentos, las proteínas principales: actina, miosina, tropomiosina, troponina, calcio ATPasa, creatina fosfoquinasa, proteínas estructurales.

El motor (unidades motoras, neuromotoras) está aislado en el músculo: esta es una combinación funcional de una neurona motora, su axón y las fibras musculares inervadas por este axón. Estas fibras musculares se pueden ubicar en diferentes partes (haces) del músculo.

La unidad motora (MU) es la unidad funcional del músculo esquelético. ME incluye una neurona motora y el grupo de fibras musculares inervadas por ella.

Tipos de fibras musculares:

1) fibras fásicas lentas de tipo oxidativo

2) fibras fásicas rápidas de tipo oxidativo (tipo 2a)

3) fibras fásicas rápidas de tipo glucolítico (tipo 2b)

4) fibras tónicas

Mecanismos de contracción muscular..

A) una sola fibra muscular

B) un músculo entero

El músculo esquelético tiene las siguientes propiedades esenciales:

1) excitabilidad: la capacidad de responder a la acción del estímulo cambiando la conductividad iónica y el potencial de membrana. En condiciones naturales, este estímulo es el neurotransmisor acetilcolina.

2) conductividad: la capacidad de conducir un potencial de acción a lo largo y profundamente en la fibra muscular a lo largo del sistema T;

3) contractilidad: la capacidad de acortar o desarrollar tensión cuando se excita;

4) elasticidad - la capacidad de desarrollar estrés cuando se estira.

10. Modos de contracción muscular: isotónica e isométrica. Fuerza muscular absoluta. Cambios relacionados con la edad en la fuerza muscular.

La contractilidad del músculo esquelético se caracteriza por la fuerza de contracción que desarrolla el músculo (generalmente estimada fuerza general, que un músculo puede desarrollarse, y absoluto, es decir, la fuerza por 1 cm 2 de sección transversal) La longitud de acortamiento, el grado de tensión de la fibra muscular, la velocidad de acortamiento y desarrollo de la tensión, la velocidad de relajación. Dado que estos parámetros están determinados en gran medida por la longitud inicial de las fibras musculares y la carga sobre el músculo, los estudios de la contractilidad muscular se realizan en varios modos.

La irritación de una fibra muscular por un único estímulo umbral o supraumbral conduce a la aparición de una única contracción, que consta de varios períodos (fig. 2.23). El primero, el período latente, es la suma de los retrasos causados ​​por la excitación de la membrana de la fibra muscular, la propagación de AP a lo largo del sistema T hacia la fibra, la formación de trifosfato de inositol, un aumento en la concentración de calcio intracelular. , y la activación de puentes cruzados. Para el músculo sartorio de la rana, el período de latencia es de unos 2 ms.

El segundo es el período de acortamiento, o el desarrollo de la tensión. En el caso de acortamiento libre de la fibra muscular, se habla de contracción isotónica, en el que la tensión prácticamente no cambia, pero solo cambia la longitud de la fibra muscular. Si la fibra muscular está fija en ambos lados y no se puede acortar libremente, entonces hablan de modo isométrico Estrictamente hablando, bajo este modo de contracción, la longitud de la fibra muscular no cambia, mientras que el tamaño de los sarcómeros cambia debido al deslizamiento de los filamentos de actina y miosina entre sí. En este caso, la tensión resultante se transfiere a los elementos elásticos ubicados en el interior de la fibra. Las propiedades elásticas las poseen los puentes cruzados de los filamentos de miosina, los filamentos de actina, las placas Z, un retículo sarcoplásmico ubicado longitudinalmente y un sarcolema de fibra muscular.

En experimentos en un músculo aislado, se revela el estiramiento de los elementos de tejido conectivo del músculo y los tendones, a los que se transmite la tensión desarrollada por los puentes transversales.

En el cuerpo humano, de forma aislada, no se produce la contracción isotónica o isométrica. Como regla general, el desarrollo de la tensión va acompañado de un acortamiento de la longitud del músculo. contracción en modo auxotónico

El tercero es un período de relajación, cuando la concentración de iones Ca 2+ disminuye y las cabezas de miosina se desprenden de los filamentos de actina.

Se cree que para una sola fibra muscular, el voltaje desarrollado por cualquier sarcómero es igual al voltaje de cualquier otro sarcómero. Dado que los sarcómeros están conectados en serie, la velocidad a la que se contrae una fibra muscular es proporcional al número de sus sarcómeros. Así, con una sola contracción, la tasa de acortamiento de una fibra muscular larga es mayor que la de una más corta. La cantidad de esfuerzo desarrollado por una fibra muscular es proporcional al número de miofibrillas en la fibra. Durante el entrenamiento muscular aumenta el número de miofibrillas, que es el sustrato morfológico para aumentar la fuerza de contracción muscular. Al mismo tiempo, aumenta el número de mitocondrias, lo que aumenta la resistencia de la fibra muscular durante la actividad física.

En un músculo aislado, la magnitud y la velocidad de una sola contracción están determinadas por una serie de factores adicionales. La magnitud de una sola contracción estará determinada principalmente por el número de unidades motoras involucradas en la contracción. Dado que los músculos están compuestos por fibras musculares con diferentes niveles de excitabilidad, existe una cierta relación entre la magnitud del estímulo y la respuesta. Es posible un aumento en la fuerza de contracción hasta cierto límite, después del cual la amplitud de contracción permanece sin cambios con un aumento en la amplitud del estímulo. En este caso, todas las fibras musculares que componen el músculo participan en la contracción.

La importancia de la participación de todas las fibras musculares en la contracción se muestra al estudiar la dependencia de la tasa de acortamiento de la magnitud de la carga.

Cuando se aplica un segundo estímulo durante el período de acortamiento o desarrollo de la tensión muscular, se produce la suma de dos contracciones consecutivas y la respuesta resultante en amplitud se vuelve significativamente mayor que con un solo estímulo; Si se estimula una fibra muscular o un músculo con tal frecuencia que se repetirán los estímulos durante el período de acortamiento o desarrollo de la tensión, entonces se produce y se desarrolla una suma completa de contracciones individuales. tétanos suave (Fig. 2.25, B). El tétanos es una contracción fuerte y prolongada de un músculo. Se cree que este fenómeno se basa en un aumento de la concentración de calcio en el interior de la célula, lo que permite la reacción de interacción entre la actina y la miosina y la generación de fuerza muscular por puentes transversales durante bastante tiempo. Con una disminución en la frecuencia de estimulación, es posible una variante cuando se aplica un estímulo repetido durante el período de relajación. En este caso, también ocurrirá la suma de las contracciones musculares, sin embargo, se observará una retracción característica en la curva de contracción muscular (Fig. 2.25, D) - suma incompleta, o tétanos serrado.

Con el tétanos, se produce la suma de las contracciones musculares, mientras que la DP de las fibras musculares no se suma.

En condiciones naturales, no se producen contracciones únicas de los músculos esqueléticos. se produce la adición, o superposición, contracciones de unidades neuromotoras individuales. Al mismo tiempo, la fuerza de contracción puede aumentar debido a un cambio en el número de unidades motoras involucradas en la contracción y debido a un cambio en la frecuencia de los impulsos de las motoneuronas. En el caso de un aumento en la frecuencia de los impulsos, se observará una suma de contracciones de unidades motoras individuales.

Una de las razones del aumento de la fuerza de contracción in vivo es la frecuencia de los impulsos generados por las neuronas motoras. La segunda razón de esto es un aumento en el número de neuronas motoras excitables y la sincronización de la frecuencia de su excitación. Un aumento en el número de neuronas motoras corresponde a un aumento en el número de unidades motoras involucradas en la contracción, y un aumento en el grado de sincronización de su excitación contribuye a un aumento en la amplitud durante la superposición de la contracción máxima desarrollada por cada unidad motora por separado.

La fuerza de contracción de un músculo esquelético aislado, en igualdad de condiciones, depende de la longitud inicial del músculo. El estiramiento moderado del músculo conduce al hecho de que la fuerza desarrollada por él aumenta en comparación con la fuerza desarrollada por el músculo no estirado. Hay una suma de tensión pasiva, debido a la presencia de componentes elásticos del músculo, y contracción activa. La máxima fuerza de contracción se logra con un tamaño de sarcómero de 2-2,2 micras (fig. 2.26). Un aumento en la longitud del sarcómero conduce a una disminución en la fuerza de contracción, ya que disminuye el área de superposición mutua de los filamentos de actina y miosina. Con una longitud de sarcómero de 2,9 µm, el músculo puede desarrollar solo el 50% de su fuerza máxima.

En condiciones naturales, la fuerza de contracción de los músculos esqueléticos durante su estiramiento, por ejemplo, durante el masaje, aumenta debido al trabajo de los eferentes gamma.

La fuerza muscular absoluta es la relación entre la fuerza muscular máxima y su diámetro fisiológico, es decir, la carga máxima que levanta un músculo dividida por el área total de todas las fibras musculares. La fuerza de la contracción no permanece constante a lo largo de la vida. Como resultado de una actividad prolongada, el rendimiento de los músculos esqueléticos disminuye. Este fenómeno se llama fatiga. Al mismo tiempo, la fuerza de las contracciones disminuye, el período latente de contracción y el período de relajación aumentan.

11. Contracciones de un solo músculo, sus fases. Fases de cambios en la excitabilidad muscular. Características de una sola contracción en recién nacidos.

La irritación de un músculo o nervio motor que lo inerva con un solo estímulo provoca una contracción muscular única. Distingue dos fases principales: la fase de contracción y la fase de relajación. La contracción de la fibra muscular comienza ya durante la rama ascendente de la AP. La duración de la contracción en cada punto de la fibra muscular es decenas de veces mayor que la duración de la AP. Por tanto, llega un momento en que el AP ha pasado por toda la fibra y ha terminado, mientras que la onda de contracción ha cubierto toda la fibra y se sigue acortando. Corresponde al momento de máximo acortamiento o tensión de la fibra muscular.

La contracción de cada fibra muscular individual durante las contracciones individuales obedece a la ley " todo o nada". Esto significa que la contracción que se produce tanto con la estimulación umbral como supraumbral tiene una amplitud máxima. La magnitud de una sola contracción de todo el músculo depende de la fuerza de la irritación. Con la estimulación umbral, su contracción es apenas perceptible, pero con un aumento en la fuerza de la irritación aumenta, hasta que alcanza una cierta altura, después de lo cual permanece sin cambios (contracción máxima) Esto se debe al hecho de que la excitabilidad de las fibras musculares individuales no es la misma y, por lo tanto, solo parte de ellos se excita con irritación débil. En la contracción máxima, todos están excitados. La velocidad de la onda de contracción muscular es la misma que la velocidad de propagación de AP. En el músculo bíceps del hombro, es 3.5-5.0 m/seg.

Contracción única - contracción por un estímulo. Incluye un período de latencia, una fase de contracción y una fase de relajación. En el momento del período de latencia, se produce la fase refractaria. Pero ya al comienzo de la fase de acortamiento, se restaura.

12. Suma de las contracciones musculares. contracciones tetánicas.

Si, en un experimento, una fibra muscular individual o todo el músculo se ve afectado por dos estímulos únicos fuertes que se suceden rápidamente, entonces la contracción resultante tendrá una amplitud mayor que la contracción única máxima. Los efectos contráctiles causados ​​por la primera y la segunda irritación parecen sumarse. Este fenómeno se llama la suma de las contracciones. Para que se produzca la suma, es necesario que el intervalo entre estímulos tenga una cierta duración: debe ser más largo que el período refractario, pero más corto que la duración total de una sola contracción, de modo que el segundo estímulo actúe sobre el músculo antes de que haya terminado. tiempo para relajarse. En este caso, dos casos son posibles. Si la segunda estimulación llega cuando el músculo ya ha comenzado a relajarse, en la curva miográfica el tope de la segunda contracción estará separado de la primera por una depresión. Si la segunda irritación actúa cuando la primera contracción aún no ha alcanzado su punto máximo, entonces la segunda contracción, por así decirlo, se fusiona con la primera, formando con ella un solo punto sumado. Tanto con la suma completa como con la incompleta, los PD no se suman. Tal contracción sumada en respuesta a estímulos rítmicos se llama tétanos. Dependiendo de la frecuencia de la irritación, es dentado y liso.

El motivo de la suma de las contracciones en el tétanos radica en la acumulación de iones Ca ++ en el espacio interfibrilar hasta una concentración de 5 * 10 6 mM / l. Después de alcanzar este valor, la acumulación adicional de Ca++ no conduce a un aumento en la amplitud del tétanos.

Después de la terminación de la irritación tetánica, las fibras no se relajan completamente al principio y su longitud original se restablece solo después de que ha pasado un tiempo. Este fenómeno se llama post-tetanic, o contractura residual. Ella está conectada a eso. que lleva más tiempo sacar del espacio interfibrilar todo el Ca++ que llegó allí con estímulos rítmicos y no tuvo tiempo de retirarse completamente a las cisternas del retículo sarcoplasmático por el trabajo de las bombas de Ca.

Si, después de alcanzar un tétanos suave, la frecuencia de estimulación aumenta aún más, entonces el músculo a cierta frecuencia comienza a relajarse repentinamente. Este fenómeno se llama pesimismo . Ocurre cuando cada impulso siguiente cae en la refractariedad del anterior.

13. Ultraestructura de las miofibrillas. Proteínas contráctiles (actina, miosina). Proteínas reguladoras (troponina, tropomiosina) en protofibrillas delgadas. La teoría de la contracción muscular.

Las miofibrillas son el aparato contráctil de la fibra muscular. En las fibras musculares estriadas, las miofibrillas se dividen en secciones (discos) que se alternan regularmente con diferentes propiedades ópticas. Algunas de estas secciones son anisotrópicas, es decir, tienen doble refracción. Con luz ordinaria se ven oscuros, pero con luz polarizada son transparentes en dirección longitudinal y opacos en dirección transversal. Otras áreas son isotrópicas y parecen transparentes a la luz normal. Las regiones anisotrópicas se indican con la letra A, isotrópico - I. En el medio del disco A hay una tira de luz. H, y en el medio del disco I hay una franja oscura Z, que es una membrana transversal delgada a través de los poros de los cuales pasan las miofibrillas. Debido a la presencia de una estructura de soporte de este tipo, los discos paralelos de un solo valor de miofibrillas individuales dentro de una fibra no se mueven entre sí durante la contracción.

Se ha establecido que cada una de las miofibrillas tiene un diámetro de aproximadamente 1 micra y consta de un promedio de 2500 protofibrillas, que son moléculas alargadas polimerizadas por la proteína miosina y actina. Los filamentos de miosina (protofibrillas) son dos veces más gruesos que los filamentos de actina. Su diámetro es de aproximadamente 100 angstroms. En el estado de reposo de la fibra muscular, los filamentos se ubican en la miofibrilla de tal manera que los filamentos de actina delgados y largos entran con sus extremos en los espacios entre los filamentos de miosina gruesos y más cortos. En tal sección, cada hilo grueso está rodeado por 6 hilos delgados. Debido a esto, los discos I consisten solo en filamentos de actina y los discos A también consisten en filamentos de miosina. La franja clara H es una zona libre de filamentos de actina durante el período de latencia. La membrana Z, que pasa por la mitad del disco I, mantiene unidos los filamentos de actina.

Numerosos puentes cruzados en la miosina también son un componente importante de la estructura ultramicroscópica de las miofibrillas. A su vez, existen los llamados centros activos en los filamentos de actina, en reposo cubiertos, como una vaina, con proteínas especiales: troponina y tropomiosina. La contracción se basa en el deslizamiento de los filamentos de actina en relación con los filamentos de miosina. Tal deslizamiento es causado por el trabajo de los llamados. "equipo químico", es decir. ciclos periódicos de cambios en el estado de los puentes cruzados y su interacción con los centros activos de actina. Los iones ATP y Ca+ juegan un papel importante en estos procesos.

Cuando la fibra muscular se contrae, los filamentos de actina y miosina no se acortan, sino que comienzan a deslizarse unos sobre otros: los filamentos de actina se mueven entre los filamentos de miosina, como resultado de lo cual la longitud de los discos I se acorta y los discos A conservan su tamaño, acercándose unos a otros. La tira H casi desaparece, porque los extremos de la actina están en contacto e incluso van uno detrás del otro.

14. Conexión de excitación y contracción (acoplamiento electromecánico) en fibras musculares. El papel de los iones de calcio. Función del retículo sarcoplasmático.

En el músculo esquelético en condiciones naturales, el iniciador de la contracción muscular es el potencial de acción, que se propaga tras la excitación a lo largo de la superficie de la membrana de la fibra muscular.

Si la punta del microelectrodo se aplica a la superficie de la fibra muscular en el área de la membrana Z, entonces cuando se aplica un estímulo eléctrico muy débil que causa la despolarización, los discos I en ambos lados del sitio de estimulación comenzarán. acortar. en este caso, la excitación se propaga profundamente en la fibra, a lo largo de la membrana Z. La irritación de otras secciones de la membrana no provoca tal efecto. De esto se deduce que la despolarización de la membrana superficial en la región del disco I durante la propagación AP es el desencadenante del proceso contráctil.

Estudios posteriores demostraron que un vínculo intermedio importante entre la despolarización de la membrana y el inicio de la contracción muscular es la penetración de iones CA++ libres en el espacio interfibrilar. En reposo, la mayor parte del Ca++ de la fibra muscular se almacena en el retículo sarcoplásmico.

En el mecanismo de contracción muscular, la parte del retículo que se localiza en la región de la membrana Z juega un papel especial. tríada (sistema T), cada uno de los cuales consta de un túbulo transversal delgado ubicado centralmente en la región de la membrana Z, que atraviesa la fibra, y dos cisternas laterales del retículo sarcoplásmico, en las que está encerrado el Ca ++ unido. La AP que se propaga a lo largo de la superficie de la membrana se conduce profundamente en la fibra a lo largo de los túbulos transversales de las tríadas. Luego la excitación se transfiere a las cisternas, despolariza su membrana y se vuelve permeable al CA++.

Se ha establecido experimentalmente que existe una cierta concentración crítica de iones Ca++ libres, a partir de la cual comienza la contracción de las miofibrillas. Es igual a 0,2-1,5*10 6 iones por fibra. El aumento de la concentración de Ca++ a 5*10 6 ya provoca la reducción máxima.

El inicio de la contracción muscular se sincroniza con el primer tercio de la rodilla AP ascendente, cuando su valor alcanza unos 50 mV. Se cree que es a este nivel de despolarización que la concentración de Ca++ se convierte en el umbral para el comienzo de la interacción entre la actina y la miosina.

El proceso de liberación de Ca++ se detiene después del final del pico AP. Sin embargo, la contracción continúa creciendo hasta que entra en acción el mecanismo que asegura el retorno de Ca++ a las cisternas del retículo. Este mecanismo se denomina "bomba de calcio". Para llevar a cabo su trabajo se utiliza la energía obtenida de la descomposición del ATP.

En el espacio interfibrilar, el Ca++ interactúa con las proteínas que cierran los centros activos de los filamentos de actina, la troponina y la tropomiosina, lo que brinda una oportunidad para la reacción de los puentes cruzados de miosina y los filamentos de actina.

Por lo tanto, la secuencia de eventos que conducen a la contracción y luego a la relajación de la fibra muscular se dibuja actualmente de la siguiente manera:

15. Fatiga durante el trabajo muscular. Razones del cansancio. El concepto de recreación activa.

La fatiga es una disminución temporal de la eficiencia de una célula, órgano o de todo el organismo, que se produce como consecuencia del trabajo y desaparece tras el descanso.

Si durante mucho tiempo un músculo aislado, en el que se suspende una pequeña carga, se irrita con estímulos eléctricos rítmicos, la amplitud de sus contracciones disminuye gradualmente hasta que cae a cero. Se registra la curva de fatiga. Junto con un cambio en la amplitud de las contracciones durante la fatiga, aumenta el período latente de contracción, se alarga el período de relajación muscular y aumenta el umbral de estimulación, es decir, la excitabilidad disminuye. Todos estos cambios no ocurren inmediatamente después del inicio del trabajo, hay un cierto período durante el cual hay un aumento en la amplitud de las contracciones y un ligero aumento en la excitabilidad muscular. Al mismo tiempo, se vuelve fácilmente estirable. En tales casos, dicen que el músculo está "trabajado", es decir, se adapta al trabajo en un ritmo dado y fuerza de irritación. Después de un período de trabajabilidad, comienza un período de rendimiento estable. Con una irritación más prolongada, se produce fatiga de las fibras musculares.

La disminución de la eficiencia de un músculo aislado del cuerpo durante su irritación prolongada se debe a dos razones principales. El primero de ellos es que durante las contracciones se acumulan productos metabólicos en el músculo (ácido fosfórico, que se une al Ca++, ácido láctico, etc.), que tienen un efecto depresor sobre el rendimiento muscular. Algunos de estos productos, así como los iones de Ca, se difunden hacia el exterior de las fibras hacia el espacio pericelular y tienen un efecto depresor sobre la capacidad de la membrana excitable para generar PA. Entonces, si un músculo aislado colocado en un pequeño volumen de líquido de Ringer se fatiga por completo, entonces es suficiente cambiar la solución lavándolo para restaurar las contracciones musculares.

Otra razón para el desarrollo de fatiga en un músculo aislado es el agotamiento gradual de las reservas de energía en él. Con un trabajo prolongado, el contenido de glucógeno en el músculo disminuye drásticamente, como resultado de lo cual se interrumpen los procesos de regeneración. síntesis de ATP y CF necesarios para implementar la reducción.

Cabe señalar que, en las condiciones naturales de existencia del organismo, la fatiga del aparato locomotor durante el trabajo prolongado se desarrolla de una manera completamente diferente que en un experimento con un músculo aislado. Esto se debe no solo al hecho de que en el cuerpo el músculo recibe continuamente sangre y, por lo tanto, recibe los nutrientes necesarios y se libera de los productos metabólicos. La principal diferencia es que en el cuerpo, los impulsos excitatorios llegan al músculo desde el nervio. La sinapsis neuromuscular se cansa mucho antes que la fibra muscular, debido al rápido agotamiento del mediador acumulado. Esto provoca un bloqueo de la transmisión de excitaciones del nervio al músculo, lo que evita el agotamiento del músculo por el trabajo prolongado. En un organismo completo, los centros nerviosos (contactos nervio-nervio) se cansan incluso antes durante el trabajo.

Papel sistema nervioso en la fatiga de todo el organismo se demuestra mediante estudios de fatiga en hipnosis (kettlebell-basket), el establecimiento de la influencia del "descanso activo" en la fatiga, el papel del sistema nervioso simpático (el fenómeno de Orbeli-Ginetsinsky), etc.

La ergografía se utiliza para estudiar la fatiga muscular en humanos. La forma de la curva de fatiga y la cantidad de trabajo realizado varían enormemente en diferentes individuos e incluso en el mismo sujeto bajo diferentes condiciones.

16. Características fisiológicas de los músculos lisos. Tono plástico de los músculos lisos.

Una propiedad importante del músculo liso es su gran el plastico , aquellos. la capacidad de mantener la longitud dada por estiramiento sin cambiar el estrés. El músculo esquelético, por otro lado, se acorta inmediatamente después de retirar la carga. Un músculo liso permanece estirado hasta que, bajo la influencia de algún tipo de irritación, se produce su contracción activa. La propiedad de plasticidad es de gran importancia para la actividad normal de los órganos huecos; gracias a ella, la presión dentro de un órgano hueco cambia relativamente poco con diferentes grados de llenado.

Hay diferentes tipos de músculos lisos. En las paredes de la mayoría de los órganos huecos hay fibras musculares de 50 a 200 micras de largo y de 4 a 8 micras de diámetro, que están muy cerca unas de otras y, por lo tanto, cuando se observan al microscopio, parece que son morfológicamente una. Sin embargo, el examen al microscopio electrónico muestra que están separados entre sí por espacios intercelulares, cuyo ancho puede ser igual a 600-1500 angstroms. A pesar de esto, el músculo liso funciona como una sola entidad. Esto se expresa en el hecho de que las ondas AP y lentas de despolarización se propagan libremente de una fibra a otra.

En algunos músculos lisos, por ejemplo, en el músculo ciliar del ojo o en los músculos del iris, las fibras se ubican por separado y cada una tiene su propia inervación. En la mayoría de los músculos lisos, las fibras nerviosas motoras están ubicadas en solo un pequeño número de fibras.

El potencial de reposo de las fibras musculares lisas con automaticidad exhibe pequeñas fluctuaciones constantes. Su valor a intracelular otvedenii es de 30-70 mv. El potencial de reposo de las fibras musculares lisas que no tienen automaticidad es estable e igual a 60-70 mV. En ambos casos, su valor es menor que el potencial de reposo del músculo esquelético. Esto se debe al hecho de que la membrana de las fibras musculares lisas en reposo se caracteriza por una permeabilidad relativamente alta a los iones Na. Los potenciales de acción en el músculo liso también son algo más bajos que en el músculo esquelético. El exceso sobre el potencial de reposo no supera los 10-20 mV.

El mecanismo iónico de aparición de AP en los músculos lisos es algo diferente al de los músculos esqueléticos. Se ha establecido que la despolarización regenerativa de la membrana, que subyace al potencial de acción en varios músculos lisos, está asociada con un aumento en la permeabilidad de la membrana para los iones Ca++, en lugar de Na+.

Muchos músculos lisos se caracterizan por una actividad espontánea y automática. Se caracteriza por una disminución lenta del potencial de membrana en reposo que, cuando se alcanza un determinado nivel, se acompaña de la aparición de PA.

En las fibras nerviosas y del músculo esquelético, la excitación se propaga a través de corrientes eléctricas locales que surgen entre las secciones despolarizadas y vecinas en reposo de la membrana celular. El mismo mecanismo es característico de los músculos lisos. Sin embargo, a diferencia del músculo esquelético, en el músculo liso un potencial de acción que se origina en una fibra puede propagarse a las fibras adyacentes. Esto se debe al hecho de que en la membrana de las células del músculo liso en el área de contacto con las vecinas hay áreas de resistencia relativamente baja a través de las cuales los bucles de corriente que han surgido en una fibra pasan fácilmente a las vecinas, causando despolarización de sus membranas. En este sentido, el músculo liso es similar al músculo cardíaco. La única diferencia es que en el corazón, todo el músculo se excita a partir de una célula, mientras que en los músculos lisos, la PA que surge en un área se propaga desde allí solo una cierta distancia, que depende de la fuerza del estímulo aplicado.

Otra característica esencial de los músculos lisos es que la propagación de AP ocurre hacia abajo solo si el estímulo aplicado excita simultáneamente un cierto número mínimo de células musculares. Esta "zona crítica" tiene un diámetro de unas 100 micras, lo que corresponde a 20-30 celdas paralelas. La velocidad de conducción de la excitación en varios músculos lisos oscila entre 2 y 15 cm/seg. aquellos. mucho menos que en el músculo esquelético.

Al igual que en los músculos esqueléticos, en los potenciales de acción suaves tienen un valor de partida para el inicio del proceso contráctil. La conexión entre excitación y contracción también se lleva a cabo aquí con la ayuda de Ca ++. Sin embargo, en las fibras musculares lisas, el retículo sarcoplásmico se expresa pobremente, por lo que el papel principal en el mecanismo de contracción se asigna a aquellos iones Ca++ que penetran en la fibra muscular durante la generación de AP.

Con una gran fuerza de una sola irritación, puede ocurrir una contracción del músculo liso. El período latente de su contracción es mucho más largo que el período esquelético, alcanzando 0.25-1 seg. La duración de la contracción en sí también es grande, hasta 1 minuto. La relajación es especialmente lenta después de la contracción. La onda de contracción se propaga a través de los músculos lisos a la misma velocidad que la onda de excitación (2-15 cm/seg). Pero esta lentitud de la actividad contráctil se combina con una gran fuerza de contracción del músculo liso. Entonces, los músculos del estómago de las aves son capaces de levantar 2 kg por 1 mm cuadrado. su sección transversal.

Debido a la lentitud de la contracción, el músculo liso, incluso con una rara estimulación rítmica (10-12 por minuto), pasa fácilmente a un estado prolongado de contracción persistente, que recuerda al tétanos del músculo esquelético. Sin embargo, los costes energéticos de tal reducción son muy bajos.

La capacidad de automatizar los músculos lisos es inherente a sus fibras musculares y está regulada por elementos nerviosos que se encuentran en las paredes de los órganos del músculo liso. La naturaleza miogénica de la automaticidad ha sido probada por experimentos en tiras de músculos de la pared intestinal, libres de elementos nerviosos. El músculo liso responde a todas las influencias externas cambiando la frecuencia del ritmo espontáneo, lo que resulta en la contracción o relajación del músculo. El efecto de la irritación de los músculos lisos del intestino depende de la relación entre la frecuencia de estimulación y la frecuencia natural del ritmo espontáneo: con un tono bajo - AP espontáneo raro - la irritación aplicada aumenta el tono, con un tono alto, relajación ocurre en respuesta a la irritación, ya que un aumento excesivo de los impulsos conduce al hecho de que cada impulso siguiente cae en la fase de refractariedad del anterior.

17. Estructura y funciones de las fibras nerviosas. El mecanismo de la excitación.

Fibras nerviosas mielinizadas y amielínicas. Importancia de las intercepciones de Ranvier.

La función principal de los axones es conducir los impulsos que surgen en la neurona. Los axones pueden estar cubiertos con una vaina de mielina (fibras mielinizadas) o desprovistos de ella (fibras amielínicas). Las fibras mielínicas son más comunes en los nervios motores, las fibras amielínicas predominan en el sistema nervioso autónomo (vegetativo).

Una fibra nerviosa mielinizada individual consta de un cilindro axial cubierto por una vaina de mielina formada por células de Schwann. El cilindro axial tiene una membrana y un axoplasma. La vaina de mielina es un producto de la célula de Schwann y consta de un 80 % de lípidos con alta resistencia óhmica y un 20 % de proteína.

La vaina de mielina no cubre el cilindro axial con una cubierta continua, sino que se interrumpe, dejando áreas abiertas del cilindro axial, denominadas intersecciones nodales (intersecciones de Ranvier). La longitud de las secciones entre estas intersecciones es diferente y depende del grosor de la fibra nerviosa: cuanto más gruesa es, mayor es la distancia entre las intersecciones (Fig. 2.17).

Las fibras nerviosas amielínicas están cubiertas únicamente por la vaina de Schwann.

La conducción de la excitación en las fibras amielínicas difiere de la de las fibras mielínicas debido a la diferente estructura de las membranas. En las fibras amielínicas, la excitación cubre gradualmente las secciones vecinas de la membrana del cilindro axial y, por lo tanto, se extiende hasta el final del axón. La velocidad de propagación de la excitación a lo largo de la fibra está determinada por su diámetro.

En las fibras nerviosas no mielinizadas, donde los procesos metabólicos no proporcionan una compensación rápida de la energía gastada en la excitación, la propagación de esta excitación se produce con un debilitamiento gradual, con una disminución. La conducción decreciente de la excitación es característica de un sistema nervioso poco organizado.

En los animales superiores, debido principalmente a la presencia de la vaina de mielina ya la perfección del metabolismo en la fibra nerviosa, la excitación pasa sin desvanecerse, sin decrecer. Esto se ve facilitado por la presencia de una fibra de igual carga en toda la membrana y su rápida recuperación después del paso de la excitación.

En las fibras de mielina, la excitación cubre solo áreas de intersecciones ganglionares, es decir, pasa por alto las zonas cubiertas con mielina. Esta conducción de la excitación a lo largo de la fibra se llama saltador (saltando). En las intersecciones nodales, el número de canales de sodio alcanza los 12.000 por 1 µm, que es mucho más que en cualquier otra sección de fibra. Como resultado, las intersecciones nodales son las más excitables y proporcionan una alta velocidad de excitación. El tiempo de conducción de la excitación a lo largo de la fibra de mielina es inversamente proporcional a la longitud entre las intersecciones.

La conducción de la excitación a lo largo de la fibra nerviosa no se altera durante mucho tiempo (muchas horas). Esto indica una baja fatiga de la fibra nerviosa. Se cree que la fibra nerviosa es relativamente infatigable debido al hecho de que los procesos de resíntesis de energía en ella avanzan a una velocidad suficientemente alta y tienen tiempo para restaurar el gasto de energía que ocurre durante el paso de la excitación.

En el momento de la excitación, la energía de la fibra nerviosa se gasta en el trabajo de la bomba de sodio y potasio. Los gastos de energía particularmente grandes ocurren en los nodos de Ranvier debido a la alta densidad de canales de sodio-potasio aquí.

J. Erlanger y X. Gasser (1937) fueron los primeros en clasificar las fibras nerviosas según la velocidad de conducción de la excitación. Aparece una velocidad diferente de conducción de la excitación a lo largo de las fibras del nervio mixto cuando se usa un electrodo extracelular. Los potenciales de las fibras que conducen la excitación a diferentes velocidades se registran por separado (Fig. 2.18).

Según la velocidad de excitación, las fibras nerviosas se dividen en tres tipos: A, B, C. A su vez, las fibras tipo A se dividen en cuatro grupos: A α , A β , A γ , A δ . Las fibras del grupo A tienen la mayor velocidad de conducción (hasta 120 m/s). α , que está formado por fibras con un diámetro de 12-22 micras. Otras fibras tienen un diámetro menor y, en consecuencia, la excitación a través de ellas ocurre a menor velocidad (Tabla 2.4).

El tronco nervioso se forma un número grande fibras, sin embargo, la excitación que pasa por cada una de ellas no se transmite a las vecinas. Esta característica de la conducción de la excitación a lo largo del nervio se llama ley de la conducción aislada de la excitación a lo largo de una sola fibra nerviosa. La posibilidad de tal conducción es de gran importancia fisiológica, ya que asegura, por ejemplo, el aislamiento de la contracción de cada unidad neuromotora.

La capacidad de una fibra nerviosa para conducir la excitación de forma aislada se debe a la presencia de vainas y también al hecho de que la resistencia del fluido que llena los espacios entre fibras es mucho menor que la resistencia de la membrana de la fibra. Por lo tanto, la corriente que sale de la fibra excitada se desvía en el líquido y resulta débil para la excitación de las fibras vecinas. Condición necesaria conducir la excitación en el nervio no es solo su continuidad anatómica, sino también su integridad fisiológica. En cualquier conductor metálico, la corriente eléctrica fluirá siempre que el conductor mantenga la continuidad física. Para el "conductor" nervioso esta condición no es suficiente: la fibra nerviosa también debe mantener su integridad fisiológica. Si se violan las propiedades de la membrana de la fibra (ligadura, bloqueo con novocaína, amoníaco, etc.), se detiene la conducción de la excitación a lo largo de la fibra. Otra propiedad característica de la conducción de la excitación a lo largo de la fibra nerviosa es la capacidad de conducción bilateral. La aplicación de estimulación entre dos electrodos de salida en la superficie de la fibra generará potenciales eléctricos debajo de cada uno de ellos.

Tabla - Velocidad de conducción de la excitación a lo largo de las fibras nerviosas.

grupo de fibras	Diámetro de fibra, µm	Velocidad de conducción, m/s

18. Leyes de conducción de la excitación a lo largo de los nervios. Clasificación de las fibras nerviosas. La velocidad de conducción de la excitación a lo largo de las fibras nerviosas, sus características relacionadas con la edad.

19. Estructura de la sinapsis neuromuscular. El mecanismo de transmisión de la excitación del nervio al músculo.Potencial de placa terminal, sus propiedades.

Las sinapsis son los contactos que las neuronas establecen como formaciones independientes. La sinapsis es una estructura compleja y consta de la parte presináptica (el extremo del axón que transmite la señal), la hendidura sináptica y la parte postsináptica (la estructura de la célula que percibe).

Las sinapsis neuromusculares aseguran la conducción de la excitación de la fibra nerviosa al músculo gracias al mediador acetilcolina, que, cuando se excita la terminación nerviosa, pasa a la hendidura sináptica y actúa sobre la placa terminal de la fibra muscular.

En la terminal presináptica se forma acetilcolina y se acumula en forma de vesículas. Cuando es excitado por un impulso eléctrico que recorre el axón, la parte presináptica de la sinapsis, su membrana se vuelve permeable a la acetilcolina.

Esta permeabilidad es posible debido a que, como consecuencia de la despolarización de la membrana presináptica, se abren sus canales de calcio. El ion Ca2+ ingresa a la parte presináptica de la sinapsis desde la hendidura sináptica. Se libera acetilcolina y entra en la hendidura sináptica. Aquí interactúa con sus receptores en la membrana postsináptica perteneciente a la fibra muscular. Los receptores, al ser excitados, abren un canal de proteínas integrado en la capa lipídica de la membrana. A través del canal abierto, los iones de Na + penetran en la célula muscular, lo que conduce a la despolarización de la membrana de la célula muscular y, como resultado, se desarrolla el llamado potencial de placa terminal (EPP). Dado que este potencial normalmente siempre está por encima del umbral, provoca un potencial de acción que se propaga a lo largo de la fibra muscular y provoca la contracción. El potencial de la placa terminal es corto, ya que la acetilcolina, en primer lugar, se separa rápidamente de los receptores y, en segundo lugar, es hidrolizada por la AChE.

La sinapsis neuromuscular transmite la excitación en una dirección: desde la terminación nerviosa hasta la membrana postsináptica de la fibra muscular, lo que se debe a la presencia de un enlace químico en el mecanismo de transmisión neuromuscular.

La velocidad de conducción de la excitación a través de la sinapsis es mucho menor que a lo largo de la fibra nerviosa, ya que lleva tiempo la activación de la membrana presináptica, el paso del calcio a través de ella, la liberación de acetilcolina en la hendidura sináptica, la despolarización de la membrana postsináptica y el desarrollo de PKP.

Objetivo: muestran que la membrana celular tiene permeabilidad selectiva. Demostrar el papel de la membrana en el proceso de fagocitosis y pinocitosis.

Equipo: microscopios, cubreobjetos y portaobjetos, bisturís, agujas de disección, vasos para agua y soluciones, papel de filtro, pipetas, tinta. Cultivo de ciliados, amebas, hoja de elodea. Soluciones de NaCl o KCl, soluciones de CaCl o MgCl, solución de albúmina al 2%, solución de NaCl al 10%, agua destilada.

Progreso:

Coloque los ciliados en una solución débil de NaCl o KCl. Preparar un portaobjetos de microscopio. Se puede ver el arrugamiento de las células, lo que indica la permeabilidad de la pared celular. En este caso, el agua de la celda se libera al medio ambiente. Transfiera las células a una gota de agua destilada o extraiga la solución de debajo del cubreobjetos con papel de filtro y reemplácela con agua destilada. Observe cómo se hinchan las células a medida que entra agua en ellas.

Coloque los infusorios en una solución de baja concentración de CaCl o MgCl (igual que la solución anterior). Los ciliados siguen vivos, no se observan deformaciones. Los iones Ca y Mg reducen la permeabilidad de la membrana celular, a diferencia de los iones Na y K. No hay movimiento de agua a través de la concha.

Coloque la ameba en una gota de solución de albúmina al 2% (clara de huevo de gallina). Preparar un portaobjetos de microscopio. Después de un tiempo, comienzan a formarse burbujas, protuberancias y túbulos en la superficie de la ameba. Parece que la superficie de la ameba está "hirviendo". Esto va acompañado de un intenso movimiento de fluidos cerca de la superficie de la membrana. Las burbujas de líquido están rodeadas por protuberancias del citoplasma. que luego se cierran. Las vesículas pinocíticas a veces aparecen repentinamente, lo que indica la captura rápida de una gota de líquido junto con una sustancia soluble en él.

Coloque la ameba en la solución de azúcar. La pinocitosis está ausente. La pinocitosis es causada solo por sustancias que reducen la tensión superficial de la membrana celular, como los aminoácidos, algunas sales. En una gota de líquido en la que se encuentran las amebas, ingrese un poco de carcasa finamente molida. Prepare la preparación para el microscopio. Después de un tiempo, las amebas comienzan a moverse lentamente hacia los granos del cadáver, liberando seudópodos. Los granos de la canal se adhieren a la superficie de los pseudópodos, luego se envuelven lentamente y después de un tiempo se sumergen en el citoplasma. Bajo un microscopio, observe el fenómeno de la fagocitosis en una ameba.

En el citoplasma de las células de Elodea, se ven muchos cuerpos verdes redondos y ovalados: estos son cloroplastos. Examine las células cerca de la vena central de la hoja. Pueden detectar el movimiento del citoplasma y los plástidos a lo largo de las paredes. Si apenas se nota el movimiento, calentar la preparación bajo una lámpara eléctrica.

Dibuja todo lo que viste en las diapositivas. Discutan en grupos los procesos que han visto, traten de explicarlos.

Trabajo de laboratorio identificación de aromorfosis e idioadaptación en plantas y animales

Objetivo: mostrar en ejemplos específicos el origen de grandes grupos sistemáticos por aromorfosis, familiarizarse con ejemplos de posible idioadaptación de organismos (degeneraciones), revelar la influencia de la actividad humana en las principales direcciones de la evolución orgánica

Equipo: herbarios de plantas (musgo, plátano, coníferas, angiospermas), plantas con espinas, montón (espina de camello, rosal silvestre), dibujos del pico y las patas de las aves, animales con un color protector (enmascarador), pez raya.

Progreso:

Analizando las características principales de las esporas, gimnospermas y angiospermas, comprender las aromorfosis de las plantas.

Determinar la idioadaptación por espinas vegetales y fibras glandulares.

Analizar ejemplos de idioadaptación: la estructura del pico y las patas de las aves que viven en diferentes condiciones ambientales

Identificar las causas de la idioadaptación en la estructura del pez raya

1. Los estudiantes tienen las habilidades para establecer relaciones de causa y efecto.

2. Los objetos biológicos se consideran sistemas biológicos.

3. Tener las habilidades para resolver problemas de la parte C de los KIM del Examen Estatal Unificado.

Trabajo de laboratorio. Tema. Detección de proteínas en objetos biológicos.

Objetivo. Demostrar la presencia de proteínas en objetos biológicos.

Equipo.

Stand con tubos de ensayo, pipeta, baño de agua, cuentagotas.

Solución de clara de huevo, solución de NaOH al 10 %, sulfato de cobre al 1 %, ninhidrina (solución acuosa al 0,5 %), ácido nítrico (concentrado).

Reacción de Biuret a la determinación enlace peptídico. El método se basa en la capacidad de un enlace peptídico en un medio alcalino para formar compuestos complejos coloreados con sulfato de cobre.

Progreso.

1. Agregue 5 gotas de clara de huevo al 1% a un tubo de ensayo (la proteína se filtra a través de una gasa, luego se diluye con agua destilada 1:10), tres gotas de solución de hidróxido de sodio al 10% y 1 gota de solución de sulfato de cobre al 1% y mezcla.

El contenido del tubo adquiere un color azul-violeta.

reacción de ninhidrina. Las proteínas, los polipéptidos y los aminoácidos libres dan un color azul o violeta con ninhidrina.

Progreso.

1. Tomar 5 gotas de una solución de clara de huevo al 10%, agregar 5 gotas de una solución acuosa de ninhidrina al 0,5% y calentar.

Después de 2-3 minutos, se desarrolla un color rosa o azul violeta.

Reacción de xantoproteína (griego xantos - amarillo) Con la ayuda de esta reacción, se encuentran aminoácidos cíclicos en la proteína, que contienen anillos de benceno (triptófano, tirosina y otros).

Progreso.

1,5 gotas de solución de clara de huevo al 1%, añadir 3 gotas de ácido nítrico concentrado (con cuidado) y calentar. Después de enfriar, agregue gotas de solución de hidróxido de sodio al 10% al tubo de ensayo hasta que aparezca un color naranja (se asocia con la formación de la sal de sodio de estos nitrocompuestos).

Trabajo de laboratorio. Tema. Detección de carbohidratos en objetos biológicos.

Objetivo. Demostrar la presencia de carbohidratos en objetos biológicos.

Equipo. Gradilla con tubos de ensayo. Pipetas, baño maría.

solución de almidón al 1%, solución de sacarosa al 1%, solución de fructosa al 1%, solución de yodo al 1% disuelta en yoduro de potasio, naftol disuelto en 50 mm de alcohol (diluido 5 veces con agua antes de usar), solución de alcohol al 1%, timol.

Ácido sulfúrico concentrado, reactivo de Selivanov: 0,5 g de resorcinol disueltos en 100 ml de ácido clorhídrico al 20 %

Detección de almidón.

Progreso.

1. Agregue 10 gotas de una solución de almidón al 1% y una gota de una solución de yodo al 1% en yoduro de potasio a un tubo de ensayo.

Se observa un color azul-púrpura.

Detección de carbohidratos.

Usando la reacción con naftol o timol, se detectan pequeñas cantidades de carbohidratos o componentes de carbohidratos en compuestos complejos.

Progreso.

1. Agregue 10 gotas de solución de sacarosa al 1% a dos tubos de ensayo.

En uno agregue 3 gotas de solución de alcohol al 1% de naftol. En otro tubo de ensayo - 3 gotas de solución de timol al 1% en alcohol. Vierta 0,5 ml de ácido sulfúrico concentrado en ambos (con cuidado) y observe un color violeta en el tubo de ensayo con naftol y rojo en el tubo de ensayo con timol en el borde de los dos líquidos.

Detección de fructosa (reacción de Selivanov).

La fructosa, cuando se calienta con ácido clorhídrico y resorcinol, da un color rojo cereza.

Progreso.

1. Vierta 10 gotas del reactivo de Selivanov 2 gotas de una solución de fructosa al 1% en un tubo de ensayo y caliéntelo suavemente (aparecerá un color rojo).

Trabajo de laboratorio. Tema. Detección de lípidos en objetos biológicos.

Objetivo. Demostrar la presencia de lípidos en objetos biológicos.

Equipo.

1. Stand con tubos de ensayo, baño de agua, pipeta, vasos de vidrio, varillas, gasas.

2. Leticina, solución de alcohol (yema de huevo de gallina), colesterol, solución de cloroformo al 1%, ácido sulfúrico concentrado, acetona.

detección de lecitina.

La lecitina pertenece al grupo de los fosfolípidos, forma parte de las membranas celulares. Constituye la mayor parte del tejido cerebral.

Progreso.

1. Vierta 10 gotas de acetona en un tubo de ensayo seco; poner en un vaso? yema de huevo de gallina.

Mientras revuelve con un palillo, agregue gota a gota 40 ml de alcohol caliente.

Cuando la solución se haya enfriado, fíltrela en un tubo de ensayo seco. El filtrado debe ser claro. El reactivo debe prepararse antes de su uso. Cae un precipitado blanco.

detección de colesterol.

El colesterol es una sustancia similar a la grasa que es de gran importancia para el cuerpo. Incluido en las membranas de muchos órganos y tejidos, es un precursor de los ácidos biliares, vitamina D, hormonas sexuales, hormonas de la corteza suprarrenal. La reacción se basa en su capacidad para liberar agua y condensarse en compuestos coloreados.

Progreso.

1. Vierta 10 gotas de solución de cloroformo al 1% de colesterol en un tubo de ensayo seco y (cuidadosamente) vierta 0,5 ml de ácido sulfúrico concentrado a lo largo de la pared del recipiente. Agitar (cuidadosamente) Aparece un color rojo anaranjado de la capa superior de cloroformo.

Trabajo de laboratorio. Tema. Evidencia del funcionamiento de las proteínas como biocatalizadores (enzimas).

Objetivo. Para probar la acción catalítica de las proteínas-enzimas, para mostrar su alta especificidad, la actividad más alta en un entorno fisiológico.

Equipo. Soporte con tubos de ensayo, pipetas de 1 ml, baño María, termostato.

Solución de almidón al 1%, solución de sacarosa, solución de yodo al 1% en yoduro de potasio, solución de sulfato de cobre al 5%, solución de hidróxido de sodio al 10%, solución de sacarosa al 2%, solución de ácido clorhídrico al 0,2%.

Progreso.

1. Hidrólisis enzimática del almidón.

La amilasa salival actúa como una enzima que hidroliza el almidón en sus partes constituyentes (maltosa, glucosa). La evaluación de los resultados del experimento se lleva a cabo utilizando reacciones de color con yodo de la reacción de Trommer.

El almidón no hidrolizado da un color azul con yodo y una reacción de Trommer negativa. Los productos de hidrólisis del almidón no reaccionan con el yodo, pero reaccionan positivamente con el reactivo de Trommer.

1. Vierta 10 gotas de solución de almidón al 1% en dos tubos de ensayo.

2. Agregar 4 gotas de agua (control) a uno de ellos (tubo de ensayo No. 1).

En el segundo (tubo de ensayo No. 2) agregue 4 gotas de solución de saliva, diluya la saliva 5 veces.

3. Mezclar y poner al baño maría o termostato durante 15 minutos. a 37 grados CON.

4. Tome 4 gotas de la sustancia de prueba del tubo de ensayo y agréguelas a 2 tubos de ensayo diferentes.

5. En uno agregue una gota de una solución de yodo al 1% en yoduro de potasio.

En otro agregar una gota de solución de sulfato de cobre al 5% y 4 gotas de solución de hidróxido de sodio al 10% y calentar suavemente hasta ebullición (reacción de Trommer).

6. Hacemos lo mismo con el contenido de la probeta nº 2. El resultado debe mostrar que la hidrólisis del almidón no ocurre en presencia de agua y la reacción con yodo debe ser positiva. La reacción de Trommer es negativa (el hidróxido de óxido de cobre es azul). En presencia de amilasa salival, los resultados deberían ser los contrarios, ya que se ha producido la hidrólisis del almidón.

No hay reacción con el yodo y se produce un color rojo ladrillo (óxido de cobre I) en la reacción de Trommer.

II. La especificidad de la acción de las enzimas.

Cada enzima actúa sobre una sola sustancia o grupo de sustratos similares. Esto se debe a la correspondencia entre la estructura de la enzima, su centro activo y la estructura del sustrato. Por ejemplo, la amilasa solo actúa sobre el almidón.

Preparación de sacarosa.

Moler 1.100 g de levadura y verter agua (400 ml), después de 2 horas, filtrar y guardar en el frigorífico.

2. En dos tubos de ensayo (No. 1 y No. 2), agregue 10 gotas de solución de almidón al 1%.

Agregue 10 gotas de solución de sacarosa al 2% a los tubos de ensayo No. 3 y No. 4.

3. En los tubos de ensayo No. 1 y No. 3, agregue 4 gotas de una solución de saliva diluida 5 veces.

Agregue 4 gotas de sacarosa a los tubos de ensayo No. 2 y No. 4.

4. Mezclar y dejar en un termostato durante 15 minutos a una temperatura de 37 grados. CON.

5. Luego, con el contenido de los cuatro tubos de ensayo, realice reacciones con yodo y Trommer

Determinación de la especificidad de la acción de las enzimas.

En las conclusiones, se debe señalar en qué tubo de ensayo y en qué condiciones se encontró la acción de las enzimas y por qué.

tercero Influencia del pH del medio sobre la actividad enzimática.

Para cada enzima, hay un cierto valor de la reacción del entorno en el que exhibe la mayor actividad. Un cambio en el pH del medio provoca una disminución o inhibición completa de la actividad de la enzima.

1. Vierta 1 ml de agua destilada en 8 tubos de ensayo.

2. Agregue 1 ml de solución de ácido clorhídrico al 0,2% al tubo de ensayo No. 1. Mezcla.

3. Tomar un ml de la mezcla del tubo de ensayo No. 1 y transferirlo al tubo de ensayo No. 2. Mezclar, verter 1 ml y transferir al tubo de ensayo No. 3, etc.

4. Tome 1 ml del tubo de ensayo No. 8 y viértalo. Obtenemos diferentes ambientes de pH.

4. En cada tubo agregar 2 ml de solución de almidón al 1% y 1 ml de solución de saliva diluida 1:10.

5. Agita los tubos de ensayo y pon un termostato durante 15 minutos a 37 grados. CON.

6. Enfríe y agregue una gota de solución de yodo al 1% en yoduro de potasio a todos los tubos de ensayo.

La hidrólisis completa ocurrirá en los tubos de ensayo No. 5 y No. 6, donde el pH del medio de la solución está en el rango de 6.8-7.2, es decir, óptimo para la acción de la amilasa.

Trabajo de laboratorio. Tema. Aislamiento de desoxinucleoproteína del tejido del bazo (hígado). reacción cualitativa en el ADN.

Objetivo. Demostrar que una gran cantidad de ácidos nucleicos están contenidos en forma de un compuesto con proteínas (desoxinucleoproteína - DNP) en tejidos ricos en núcleos (bazo, timo).

Equipo. Gradilla para tubos de ensayo, mortero y mano, polvo de vidrio, pipeta, cristalizador, probetas graduadas de 50 ml y 300 ml, pipetas de 1 ml, varillas de madera con muescas, baño de agua, gasa de filtro, cloruro de sodio, solución al 5 %, que contiene 0,04 % de nitrato de sodio trisustituido , solución de hidróxido de sodio al 0,4%, reactivo de difenilamina (disolver 1 g de difenilamina en 100 ml de ácido acético glacial. Agregar 2,75 ml de ácido concentrado a la solución), bazo (ARN de levadura fresco o congelado, solución al 0,1% recién preparada.

Progreso.

1. Aislamiento de desoxinucleoproteína (DNP) del tejido del bazo (hígado).

El método se basa en la capacidad del DNP para disolverse en soluciones salinas de alta fuerza iónica y precipitar cuando su concentración disminuye.

Triture cuidadosamente 2 - 3 g de tejido de bazo en un mortero con polvo de vidrio, vertiendo gradualmente una solución de cloruro de sodio.

La solución viscosa resultante se filtra a través de dos capas de gasa en el cristalizador. Use un cilindro para medir seis veces (en relación con el filtrado) el volumen de agua destilada y vierta lentamente en el filtrado.

Los hilos DNP resultantes se enrollan cuidadosamente en un palo de madera y se transfieren a un tubo de ensayo para su uso.

2. Reacción cualitativa para ADN.

El método se basa en la capacidad de la desoxirribosa, que está incluida en el ADN de la desoxirribonucleoproteína, para formar compuestos azules con difenilamina cuando se calienta en un medio que contiene una mezcla de ácido acético glacial y ácido sulfúrico concentrado.

Con el ARN ribosa, una reacción similar produce un color verde.

Añadir 1 ml de solución de hidróxido de sodio al 0,4% a 1/4 del precipitado de DNP (hasta disolución) Añadir 0,5% ml de reactivo de difenilamina. Mezcle el contenido del tubo de ensayo y colóquelo en un baño de agua hirviendo.

Realice una reacción similar en otro tubo de ensayo con 1 ml de solución de ARN.

Nótese la coloración característica.

Trabajo de laboratorio. Tema. Propiedades fisiológicas de la membrana celular.

Objetivo. Demuestre que la membrana celular tiene permeabilidad selectiva. Demuestre visualmente el papel de la membrana en el proceso de fagocitosis y pinocitosis, y familiarícese con la plasmólisis celular, el proceso de separación del protoplasto (contenido celular) de las paredes celulares.

Equipo.

Microscopios, cubreobjetos y portaobjetos, bisturís, agujas de disección, papel de filtro, pipetas, tinta.

Cultivo de infusorios o cultivo de tejidos en medio nutritivo, cultivo de amebas, trozos de planta de Elodea.

Soluciones de cloruro de potasio, soluciones de cloruro de calcio, cloruro de magnesio, solución de albúmina al 2%, solución de cloruro de sodio al 10%, agua destilada.

Progreso.

1. En una solución débil de cloruro de sodio o potasio, coloque ciliados o trozos de tejido cultivado.

2. Prepare una preparación para el microscopio.

3. Puede ver el encogimiento de las células, lo que indica la permeabilidad de la membrana celular. En este caso, el agua de la celda se libera al medio ambiente.

4. Transfiera las células a una gota de agua destilada o extraiga la solución de debajo del cubreobjetos con papel de filtro y reemplácela con agua destilada. Observe cómo las células se hinchan cuando el agua entra en ellas.

5. Colocar ciliados o trozos de tejido cultivado en una solución de cloruro de calcio o cloruro de magnesio de baja concentración.

Los ciliados y las células cultivadas siguen viviendo. Los iones de calcio y magnesio reducen la permeabilidad de la membrana celular. No hay movimiento de agua a través de la concha.

6. Coloque la ameba en una gota de solución de albúmina al 2% (proteína de huevo de gallina).

Prepare un portaobjetos para el microscopio. Después de un tiempo, se forman burbujas, protuberancias y túbulos en la superficie de la ameba. Parece que la superficie de las amebas está "hirviendo". Esto va acompañado de un intenso movimiento de fluidos cerca de la superficie de la membrana.

Las burbujas de líquido están rodeadas por protuberancias del citoplasma, que luego se cierran. Las vesículas pinocíticas a veces aparecen repentinamente. Esto sugiere que las gotas de líquido, junto con la sustancia soluble en él, se capturan rápidamente. La pinocitosis es causada por sustancias que reducen la tensión superficial de la pared celular. Por ejemplo, aminoácidos, algunas sales.

7. Introducir un poco de tinta en una gota de líquido en el que se encuentran las amebas. Prepara la droga. Después de un tiempo, las amebas comienzan a moverse lentamente hacia los granos del cadáver, liberando seudópodos (pseudópodos).

Los granos de la canal se adhieren a la superficie de los pseudópodos, están rodeados por ellos y, después de un tiempo, se sumergen en el citoplasma.

Bajo el microscopio, se observa el fenómeno de la fagocitosis en la ameba.

Requisitos primarios.

Los estudiantes deben saber:

1. dispositivo de microscopio y trabajar con él;

2. posición de la teoría celular;

3. similitud y diferencia entre células vegetales y animales;

4. papel de los productos químicos y compuestos en la célula;

5. principales componentes y orgánulos de la célula;

6. características de procariotas y eucariotas;

7. patología del metabolismo de proteínas y carbohidratos;

8. valor de los elementos minerales individuales.

Los estudiantes deben ser capaces de:

1. trabajar con un microscopio;

2. nombrar las partes principales de la celda, "reconocerlas" en el diagrama, fotografiar;

3. para producir las preparaciones más simples para el examen microscópico;

5. trabajar de forma independiente con literatura adicional y utilizar tecnologías modernas.

Resolución de problemas de biología molecular y genética

curso electivo

Nota explicativa

El programa del curso electivo fue desarrollado para estudiantes del grado 11 y está diseñado para 17 horas.

Los temas “Biología Molecular” y “Genética” son los temas más interesantes y complejos del curso” biología general". Estos temas se estudian en los grados 9 y 11, pero claramente no hay tiempo suficiente para desarrollar la capacidad de resolver problemas en el programa. Sin embargo, la capacidad para resolver problemas en genética y biología molecular está prevista en el Estándar. educación biológica; además, tales tareas son parte del KIM USE (tareas No. 5 y No. 6 en la parte C).

El propósito del curso electivo: crear condiciones para la formación de la capacidad de los estudiantes para resolver problemas en biología molecular y genética de diversos grados de complejidad.

una breve repetición del material estudiado en los temas "Biología Molecular" y "Genética"; identificación y eliminación de lagunas en el conocimiento de los estudiantes sobre los temas currículum escolar, así como en la capacidad de resolución de problemas; enseñar a los estudiantes a resolver problemas de biología molecular y genética de mayor complejidad.

programa de cursos electivos

1. Introducción. Proteínas: actualización de conocimientos sobre el tema (proteínas-polímeros, estructuras de una molécula de proteína, funciones de las proteínas en una célula), resolución de problemas - (1 hora).

2. Ácidos nucleicos: actualización de conocimientos sobre el tema ( Características comparativas ADN y ARN), resolución de problemas - (1 hora).

3. Biosíntesis de proteínas: actualización de conocimientos sobre el tema (código de ADN, transcripción, traducción - la dinámica de la biosíntesis de proteínas), resolución de problemas - (1 hora).

4. Metabolismo energético: actualización de conocimientos sobre el tema (metabolismo, anabolismo, catabolismo, asimilación, disimilación; etapas del metabolismo energético: preparatoria, glucólisis, respiración celular), resolución de problemas - (1 hora).

5. Diagnósticos fronterizos: trabajo de control - (1 hora).

6. Símbolos y términos genéticos - (1 hora).

7. Leyes de G. Mendel: actualización del conocimiento sobre el tema (patrones establecidos por Mendel durante el cruce mono y dihíbrido), prueba de control de la capacidad para resolver problemas para las leyes de Mendel previstas por el programa, resolución de problemas para cruce mono y dihíbrido de mayor complejidad - (1 hora).

8. Dominio incompleto: actualización de conocimientos sobre el tema, resolución de problemas de mayor complejidad sobre el tema - (1 hora).

9. Herencia de grupos sanguíneos: actualización de conocimientos sobre el tema, resolución de problemas - (1 hora).

10. genética sexual; herencia ligada al sexo: actualización de conocimientos sobre el tema (determinación sexual cromosómica y no cromosómica en la naturaleza), resolución de problemas de mayor complejidad para la herencia ligada al sexo - (1 hora).

11. Resolución de problemas combinados - (1 hora).

12. Interacción de genes: actualización de conocimientos sobre el tema (interacción de genes alélicos y no alélicos), resolución de problemas de mayor complejidad para todo tipo de interacción: complementariedad, epistasis, polimerización - (1 hora).

13. Diagnóstico fronterizo: el juego "Corriendo con barreras" - (1 hora).

14. Ley de T. Morgan: actualización del conocimiento (¿por qué T. Morgan, al establecer el objetivo de refutar las leyes de G. Mendel, no pudo hacer esto, aunque obtuvo resultados completamente diferentes?), resolviendo problemas para cruzar, compilando cromosoma mapas - (1 hora).

15. Ley de Hardy-Weinberg: conferencia "Siguiendo a Hardy y Weinberg", resolviendo problemas en genética de poblaciones - (1 hora).

16. Genética humana: actualización de conocimientos sobre el tema, términos y símbolos, resolución de problemas - (1 hora).

17. Lección final. Diagnóstico final: solución tareas entretenidas- (1 hora).

Control

El estudiante recibe un "crédito" sobre la base de:

cumplimiento trabajo de control en biología molecular; completando el crucigrama "Términos genéticos"; cumplimiento de tareas de control de prueba No. 1 y No. 2; resolver problemas en el juego "Corriendo con barreras"; realización del trabajo de control final (resolución de problemas de mayor complejidad).

Problemas de biología molecular

Tema: "Ardillas"

Explicaciones necesarias:

el peso molecular promedio de un residuo de aminoácido se toma como 120; cálculo del peso molecular de la proteína:

UNIVERSIDAD ESTATAL DE BIELORRUSIA

DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA

Departamento de Fisiología y Bioquímica Vegetal

FISIOLOGÍA

VEGETAL

CÉLULAS

para talleres de laboratorio

"Fisiología de las plantas"

para estudiantes de la Facultad de Biología

V. M. Yurin, A. P. Kudryashov, T. I. Ditchenko, O. V. Molchan, I. I. Smolich Ciencias Biologicas, Profesor Asociado MA Dzhus Fisiología de células vegetales: método. recomendaciones para estudios de laboratorio del taller "Fisiología Vegetal" para estudiantes de la Facultad de Biología / V. M. Yurin [et al.].

- Minsk: BGU, 2009. - 28 p.

Este manual es un elemento integral del complejo educativo y metodológico en la disciplina "Fisiología vegetal" e incluye trabajo de laboratorio en la sección "Fisiología celular vegetal".

Diseñado para estudiantes de la Facultad de Biología, cursando las especialidades "Biología" y "Bioecología".

UDC 581. LBC 28. © BSU,

DE LOS AUTORES

Pautas a las clases de laboratorio son una parte integral del curso "Fisiología Vegetal". El propósito de la publicación es intensificar el trabajo autónomo de los estudiantes, teniendo en cuenta que el proceso de aprendizaje individual debe ser efectivo. El taller del curso "Fisiología Vegetal" está diseñado para consolidar material teorico, adquisición de habilidades trabajo practico y familiarización con los principales métodos de estudio de los procesos fisiológicos de las plantas. A los estudiantes se les ofrecen tareas que detallan el material fáctico que deben dominar por su cuenta.

Esto le permitirá utilizar el tiempo de clase de manera más eficiente.

1. CÉLULA VEGETAL COMO

SISTEMA OSMOTICO

Los sistemas osmóticos son sistemas que consisten en dos soluciones de sustancias de diferentes concentraciones o una solución y un solvente separados por una membrana semipermeable. Una membrana semipermeable ideal es permeable a las moléculas de disolvente e impermeable a las moléculas de soluto. El agua es el solvente en todos los sistemas biológicos. La diferencia en la composición y concentración de las sustancias a ambos lados de una membrana semipermeable es la causa de la ósmosis, la difusión dirigida de moléculas de agua a través de una membrana semipermeable.

Si hacemos abstracción de la estructura detallada de la célula vegetal y la consideramos desde el punto de vista del modelo osmótico, entonces se puede argumentar que la célula vegetal es un sistema osmótico vivo.

La membrana plasmática es semipermeable y el citoplasma y el tonoplasto actúan como una sola entidad. Fuera de la membrana semipermeable se encuentra la pared celular, que es muy permeable al agua ya las sustancias disueltas en ella y no impide el movimiento del agua. El papel principal del espacio osmótico de la célula lo desempeña la vacuola, que se llena con una solución acuosa de varias sustancias osmóticamente activas: azúcares, ácidos orgánicos, sales, pigmentos solubles en agua (antocianinas, etc.). Sin embargo, esta es una idea bastante simplificada de una célula como sistema osmótico, ya que cualquier organelo citoplasmático rodeado por una membrana también es una célula osmótica. Como resultado, el movimiento osmótico del agua también ocurre entre un orgánulo individual y el citosol.

MODELOS DE CÉLULAS VEGETALES

Notas introductorias. Las características fisicoquímicas únicas de las biomembranas aseguran la entrada de agua y la creación de una alta presión hidrostática (turgencia) en la célula vegetal, la preservación de la distribución anisotrópica de sustancias entre la célula y su entorno, la absorción y liberación selectiva de sustancias, y una serie de otras funciones.

La hipótesis de la existencia de una membrana plasmática en la superficie celular se planteó en la segunda mitad del siglo XIX. La fundamentación científica de esta hipótesis (concepto) fue dada por W. Pfeffer basándose en la explicación de los fenómenos de plasmólisis y deplasmólisis. Según Pfeffer, esta membrana tenía la propiedad de "semipermeabilidad", es decir, era permeable al agua e impermeable a las sustancias disueltas en agua. En años posteriores se llevaron a cabo estudios que permitieron no solo probar la existencia de tal estructura en la superficie celular, sino también estudiar algunas de las propiedades de esta estructura invisible a los microscopios ópticos. Sin embargo, hasta la segunda mitad del siglo XX. Las biomembranas quedaron solo como estructuras hipotéticas de una célula viva. Por lo tanto, los investigadores para demostrar ciertas propiedades de la membrana plasmática y explicar los patrones de funcionamiento de los mecanismos asociados con la membrana plasmática crearon modelos celulares ("células artificiales").

En diferentes períodos de tiempo, aparecieron sistemas modelo: "células artificiales" de Pfeffer, Traube, Jacobs, etc. Los dos primeros de los modelos mencionados demostraron los fenómenos de ósmosis, el tercero, los patrones de transferencia de electrolitos débiles a través de la biomembrana. Al realizar trabajos de laboratorio, se propone crear sistemas modelo "célula artificial" según Traub y Jacobs (modificado).

Al formar los modelos de la "célula artificial" de Pfeffer y Traube, en el límite de contacto de las soluciones de sal de sangre amarilla y sulfato de cobre, se forma una masa amorfa insoluble en agua de cobre de cianuro de hierro, que tiene propiedades osmóticas casi ideales: permeabilidad al agua e impermeabilidad a las sustancias disueltas. Dado que la membrana de cobre y hierro separa dos soluciones, la dirección y la magnitud del flujo de agua a través de ella estarán determinadas por la diferencia en los potenciales químicos de las moléculas de agua en lados opuestos de la membrana. Si tal membrana separara dos soluciones de la misma sustancia, entonces el potencial químico de las moléculas de agua sería mayor en una solución más diluida y el agua se movería desde el lado de una solución de menor concentración. Al determinar la dirección del movimiento del agua en un sistema que contiene diferentes sustancias en ambos lados de la membrana, se debe tener en cuenta el grado de disociación de las sustancias, la valencia y la permeabilidad de la membrana para los iones. Para simplificar la discusión del experimento sobre la obtención de una "célula artificial" según Traub, asumimos que la membrana de hierro-cianuro de cobre es absolutamente impermeable a las sustancias disueltas, el grado de disociación de la sal de sangre amarilla y el sulfato de cobre en soluciones es el mismo. En este caso, para comparar los valores del potencial químico de las moléculas de agua, se pueden utilizar las concentraciones normales de estas sales.

Las principales regularidades del proceso de difusión de sustancias de distinta polaridad a través de las membranas plasmáticas se establecieron en la primera mitad del siglo XX. Según los estudios de Collander y Barlund, el coeficiente de permeabilidad de una membrana a cualquier sustancia se puede predecir a partir del peso molecular de esta última y su coeficiente de distribución de equilibrio (kp) entre el agua y el aceite vegetal:

donde CM y CB son las concentraciones de una sustancia que se han establecido en un sistema de disolventes en contacto entre sí -aceite y agua- en estado de equilibrio. Para la mayoría de las sustancias que se difunden a través de la membrana plasmática, existe una proporcionalidad directa entre el producto Pi M i y kp (Pi es el coeficiente de permeabilidad de la membrana con respecto a la sustancia i; Mi es el peso molecular de la sustancia i).

El coeficiente kp en este caso actúa como una medida cuantitativa del grado de hidrofobicidad: se acumulan más sustancias hidrofóbicas en el aceite y se caracterizan por un gran valor de kp, las sustancias hidrofílicas, por el contrario, se acumulan en la fase acuosa, para ellas el el valor de kp es menor. De acuerdo con esto, los compuestos no polares deberían penetrar en la célula como resultado del proceso de difusión a través de la capa de lípidos de la membrana más fácilmente que los polares. El grado de hidrofobicidad está determinado por la estructura de la molécula de la sustancia. Sin embargo, la hidrofobicidad de una sustancia depende en gran medida del grado de ionización de sus moléculas en solución. A su vez, el grado de ionización de muchos compuestos orgánicos y sustancias inorgánicas(electrolitos débiles) está determinado por el valor de pH de la solución.

La "célula artificial" de Jacobs modela la permeabilidad selectiva de la membrana plasmática células vegetales con respecto a moléculas eléctricamente neutras de electrolitos débiles. En su diseño original de la “célula artificial”, Jacobs usó un colgajo de piel de rana como análogo del plasmalema. En el trabajo propuesto se utiliza como modelo del plasmalema una película de un material hidrofóbico (polimérico). Esto se hizo no solo por razones humanitarias: la película de polímero modela más claramente las propiedades fisicoquímicas de la bicapa lipídica del plasmalema.

Al ser una base débil, el amonio existe en soluciones acuosas en forma de NH3 y NH4+, cuya relación de concentración depende del pH del medio y para soluciones acuosas diluidas viene determinada por la constante de disociación pKa, que a 25 °C es 9,25 :

donde y son las concentraciones de moléculas de amoníaco e iones de amonio, respectivamente.

Si solo las moléculas de amoníaco sin carga pueden penetrar la membrana, entonces es fácil demostrar que las concentraciones de iones de amonio en lados opuestos de la membrana en equilibrio dependerán del pH de las soluciones en contacto con la membrana. Para demostrar el proceso de transferencia de amoníaco a través de la membrana en la "célula artificial", Jacobs usa su habilidad para cambiar el pH.

Objetivo. Obtenga "células artificiales" mediante los métodos de Traube y Jacobs y observe el fenómeno de la ósmosis: el movimiento del agua a través de una membrana semipermeable a lo largo del gradiente de potencial osmótico.

Materiales y equipos: soluciones 1,0 N de sal de sangre amarilla, sulfato de cobre, cloruro de amonio, hidróxido de sodio y ácido clorhídrico, solución hidroalcohólica al 1% de rojo neutro, papel indicador universal, fragmentos de tubos de vidrio fundidos por el extremo, película de polímero, hilos, tubos de ensayo, 3 vasos con una capacidad de 150–200 ml, cronómetro.

1. Obtención de una "célula artificial" Traube. Por dilución, prepare una solución 1,0 N de sal de sangre amarilla (K4Fe(CN)6), soluciones 0,5 N y 1,N de sulfato de cobre (CuSO45 H2O). Tome dos tubos de ensayo. Vierta 0,5 N en uno y en el otro 1,0 N una solución de sulfato de cobre. Pipetear con cuidado a lo largo de la pared de los tubos de ensayo en cada solución 1,0 N de sal de sangre amarilla. En la superficie de contacto de soluciones de sulfato de cobre y sal de sangre amarilla, se forma una membrana de cobre de cianuro de hierro:

El precipitado amorfo de hierro-cianuro de cobre tiene propiedades osmóticas casi ideales, por lo tanto, con una diferencia en los valores del potencial químico de las moléculas de H2O, se debe observar un flujo de agua que conduce a un cambio en el volumen del " célula artificial”. Cabe señalar que la membrana hecha de cobre de cianuro de hierro tiene una elasticidad débil. Por lo tanto, cuando aumenta el volumen de la “célula artificial”, la membrana se rompe.

Ejercicio. Siga el comportamiento de las "células artificiales" en soluciones de sulfato de cobre de 0,5 N y 1,0 N. Bosquejo de "células artificiales"

y describir la dinámica de su cambio de forma.

2. Obtención de una "célula artificial" de Jacobs. Por dilución, preparar 200 ml de solución de cloruro de amonio 0,5 N y 100 ml de hidróxido de sodio 0,5 N. Vierta la solución de hidróxido de sodio en un vaso, y divida la solución de cloruro de amonio en dos partes iguales y viértalas en vasos con una capacidad de 150-200 ml. Utilizando papel indicador y soluciones 1,0 N de ácido clorhídrico e hidróxido de sodio, lleve la acidez de la solución en el primer vaso a pH 9,0 y en el segundo a pH 7,0.

Tome 3 fragmentos de tubo de vidrio. En el extremo derretido de cada uno, coloque un trozo de película de polímero y átelos con cuidado con un hilo. Añadir 5-10 gotas de solución de rojo neutro a 50 ml de agua y acidificar ligeramente el medio con 1-2 gotas de ácido clorhídrico.

Rellene con la solución indicadora especificada en las "células artificiales" de Jacobs (fragmentos de tubos de vidrio con membranas). Coloque las "células artificiales" de Jacobs en vasos de precipitados con soluciones de hidróxido de sodio y cloruro de amonio de tal manera que estos medios estén en contacto con la membrana polimérica.

El amoníaco puede difundirse a través de la fase hidrófoba de la membrana polimérica. Y dado que su concentración es insignificante dentro de la "célula artificial", las moléculas de NH3 se transfieren de la solución a la "célula" y provocan la alcalinización del contenido del tubo de vidrio, que se nota por la desaparición del color rojo carmesí de la contenidos “intracelulares”.

Ejercicio. Determine el tiempo requerido para que desaparezca el color rojo del indicador en cada una de las variantes del experimento.

1. ¿Por qué aumenta la concentración de sal cerca de la superficie de la "célula artificial" en una solución 0,5 N de sulfato de cobre?

2. ¿Por qué una “célula artificial” se hincha en una solución de sulfato de cobre de 0,5 N, mientras que su superficie es estable en una solución de 1,0 N?

3. ¿Qué factores determinan el grado de disociación de ácidos y bases débiles?

4. ¿Por qué desaparece el color rojo neutro cuando se coloca la “célula artificial” en una solución de hidróxido de sodio?

5. ¿Por qué hay un cambio en el pH de los contenidos "intracelulares" a valores ligeramente básicos cuando se coloca una "célula artificial" en una solución neutra de cloruro de amonio?

6. ¿Qué es la ósmosis?

7. ¿Qué soluciones se denominan hipo, iso e hipertónicas?

EL FENÓMENO DE PLASMOLISIS Y DEPLASMOLISIS

CÉLULA VEGETAL

Notas introductorias. El proceso de salida del agua de la célula vegetal y su entrada en la célula a través de una membrana semipermeable se puede rastrear observando los fenómenos de plasmólisis y desplasmólisis. La plasmólisis ocurre cuando una célula se coloca en una solución hipertónica en relación con la savia celular: separación del protoplasto de la pared celular debido a una disminución en su volumen debido a la liberación de agua de la célula a la solución externa. Durante la plasmólisis, la forma del protoplasto cambia. Inicialmente, el protoplasto se queda atrás de la pared celular solo en algunos lugares, con mayor frecuencia en las esquinas. La plasmólisis de esta forma se llama angular. Con un aumento en la duración de la incubación de una célula vegetal en una solución hipertónica, se observa la siguiente forma de plasmólisis: plasmólisis cóncava. Se caracteriza por la conservación de contactos entre el protoplasto y la pared celular en lugares separados, entre los cuales las superficies separadas del protoplasto adquieren una forma cóncava. Gradualmente, el protoplasto se desprende de las paredes celulares en toda la superficie y adquiere una forma redondeada. Tal plasmólisis se llama convexa.

Después de reemplazar la solución externa con agua pura, esta última comienza a ingresar a la celda. El volumen del protoplasto aumenta y se produce la desplasmólisis. Después de su finalización, el protoplasto vuelve a llenar todo el volumen de la célula.

Objetivo. Demostrar sobre la base de los fenómenos de plasmólisis y desplasmólisis que la célula vegetal es un sistema osmótico.

Materiales y equipo: microscopio, portaobjetos y cubreobjetos, navaja de seguridad, aguja de disección, pinzas, solución de sacarosa 1 M, papel filtro, bulbo de cebolla.

Del lado convexo de la superficie de las escamas de cebolla, cuyas células son de color púrpura debido a la presencia de antocianinas en las vacuolas, se extrae la epidermis con una aguja de disección, se coloca en una gota de agua sobre un portaobjetos de vidrio, se cubre con un cubreobjetos y examinado al microscopio. Luego, el agua se reemplaza con una solución de sacarosa 1 M. Para ello, se aplica una gota grande de solución en el portaobjetos de vidrio junto al cubreobjetos y se succiona el agua con un trozo de papel de filtro, aplicándola por el otro lado del cubreobjetos. Repita esta técnica 2-3 veces hasta que el agua se reemplace por completo con una solución. La preparación se examina bajo un microscopio. Se detecta un retraso gradual del protoplasto de las paredes celulares, primero en las esquinas y luego en toda la superficie de las paredes. Eventualmente, el protoplasto se separa completamente de la pared celular y asume una forma redondeada.

Luego, como se describió anteriormente, reemplace la solución de sacarosa 1 M con agua. El agua ingresa a la célula, lo que conduce a un aumento en el volumen del protoplasto, que toma gradualmente su posición anterior. La celda vuelve a su estado original.

Ejercicio. Dibujar las formas observadas de plasmólisis, así como las etapas de desplasmólisis. Formular conclusiones.

1. ¿Qué características estructurales de una célula vegetal le confieren las propiedades del sistema osmótico?

2. ¿Qué es la plasmólisis? Describir las principales formas de plasmólisis.

3. ¿Qué es la deplasmólisis? ¿En qué condiciones se observa?

DETERMINACIÓN DE LA PRESIÓN OSMÓTICA

JUGO CELULAR PLASMOLÍTICO

MÉTODO

Notas introductorias. Cuando dos soluciones que contienen diferentes cantidades de sustancias disueltas entran en contacto, debido al movimiento térmico inherente a las moléculas, se produce una difusión mutua, lo que conduce a la igualación de la concentración de sustancias disueltas en todo el volumen, lo que equivale a la situación de mezcla. líquidos. Si estas soluciones están separadas por una membrana semipermeable que atrapa las moléculas de los solutos, entonces solo las moléculas del solvente (agua) pasarán a través del límite de contacto de las soluciones. Además, hay un flujo unidireccional de agua a través de la membrana (ósmosis). La presión que debe aplicarse a una de las soluciones del sistema para evitar que el disolvente entre en ella se denomina presión osmótica. La presión osmótica de una solución es directamente proporcional a su concentración y temperatura absoluta. Van't Hoff descubrió que la presión osmótica de las soluciones diluidas obedece las leyes de los gases y se puede calcular mediante la fórmula:

donde R es la constante de los gases (0,0821); T es la temperatura absoluta (273 °C + t °C) de la solución; C es la concentración del soluto en moles; i - coeficiente isotónico.

El valor del coeficiente isotónico está determinado por las características de los procesos de disolución de la sustancia. Para los no electrolitos (por ejemplo, para la sacarosa), i es igual a 1. Para las soluciones de electrolitos, el valor de i depende del número de iones en los que se descompone la molécula y del grado de disociación. Los valores de i para las soluciones de NaCl se dan en la tabla.

Valores del coeficiente isotónico de las soluciones de cloruro de sodio Concentración de NaCl El valor de i El valor de la presión osmótica de la savia celular expresa la capacidad de una célula vegetal para "chupar" agua e indica la posibilidad de que una planta crezca en suelos de diferente fuerza de retención de agua. Al mismo tiempo, un aumento en la presión osmótica de la savia celular durante la sequía es un criterio para la deshidratación de las plantas y la necesidad de riego.

El método plasmolítico para determinar la presión osmótica del contenido celular se basa en el hecho de que la presión osmótica de las soluciones, que determina el movimiento del agua a través de la membrana, puede ser creada por varias sustancias (osmolíticos). Por lo tanto, para determinar la presión osmótica de la savia celular, no se requiere conocer su composición cualitativa y la concentración de sustancias individuales, pero es necesario encontrar la concentración de cualquier sustancia en la solución externa, en la que no habrá movimiento de agua. a través del plasmalema en ausencia de turgencia y plasmólisis. Para ello, se sumergen secciones del tejido en estudio en una serie de soluciones de concentración conocida, y luego se examinan al microscopio. Basado en el hecho de que solo las soluciones hipertónicas pueden causar plasmólisis, se encuentra la más débil de ellas, en la que solo se encuentra plasmólisis inicial en células individuales. La siguiente solución más diluida no plasmolizará las células.

En consecuencia, la concentración de la solución isotónica para estas células será igual (con un margen de error conocido) a la media aritmética entre las concentraciones de las soluciones vecinas.

Por conveniencia, se trabaja con tejidos cuyas células contienen antocianinas en la savia celular: la epidermis de escamas de cebolla azul, la epidermis inferior de la hoja de tradescantia. Las soluciones de sacarosa o NaCl se utilizan como plasmolíticos.

Materiales y equipo: microscopio, portaobjetos y cubreobjetos de vidrio, hoja de afeitar, aguja de disección, soluciones de NaCl 1 M y sacarosa 1 M, hojas de tradescantia o bulbos de cebolla azul.

Usando una solución de sacarosa o NaCl 1 M, preparar diluyendo 5 ml de las soluciones de acuerdo con la tabla.

Después de mezclar bien las soluciones, viértalas en botellas de vidrio o crisoles, donde coloca 2-3 secciones del tejido bajo estudio durante 30 minutos.

En este caso, es necesario asegurarse de que las secciones no floten en la superficie, sino que estén sumergidas en líquidos (si la sección flota, debe "ahogarse" con una aguja de disección). Cierre las botellas con tapas o portaobjetos de vidrio para evitar la evaporación.

Después del tiempo de incubación especificado, examine las secciones bajo un microscopio en una gota de la solución adecuada (¡no en agua!) en la misma secuencia en que se sumergieron en las soluciones. Después de cada solución, la varilla de vidrio o pipeta que se utilizó para aplicar la solución a los portaobjetos de vidrio debe enjuagarse a fondo con agua destilada y limpiarse con una servilleta o papel de filtro.

Ejercicio. Determinar la presencia de plasmólisis en el tejido examinado y su grado. El grado de plasmólisis se expresa mediante los conceptos: "fuerte", "débil", "inicial", "falta de plasmólisis". Introduzca los resultados en una tabla.

Grado de plasmólisis Concentración isotónica, M Presión osmótica de la savia celular en atm y kPa Establezca la concentración isotónica de cloruro de sodio, es decir, el contenido de NaCl, que crea una presión osmótica similar a la savia celular en el tejido en estudio. Calcular la presión osmótica usando la ecuación (1). Usando un factor de 101.3, calcule la presión osmótica en kPa.

1. ¿Qué es la presión osmótica?

2. ¿Cómo se calcula la presión osmótica?

3. ¿Qué determina el valor del coeficiente isotónico?

4. ¿El criterio de qué proceso es el aumento de la presión osmótica de la savia celular?

2. PROPIEDADES DE LAS MEMBRANAS CELULARES

La propiedad más importante de las membranas celulares es la permeabilidad selectiva. La membrana citoplasmática externa separa la célula de ambiente, controla el transporte de sustancias entre la célula y el espacio libre. Las membranas intracelulares, debido a su permeabilidad selectiva inherente, proporcionan la función de compartimentación, lo que permite que la célula y los orgánulos retengan las enzimas y metabolitos necesarios en pequeños volúmenes, crean un microambiente fisicoquímico heterogéneo y llevan a cabo varias reacciones bioquímicas, a veces en direcciones opuestas. en diferentes lados de la membrana.

La permeabilidad de las membranas celulares para diversas sustancias puede ser un criterio de viabilidad celular. La permeabilidad selectiva de la membrana se mantiene mientras la célula permanezca viva.

ESTUDIO SELECTIVO DE PERMEABILIDAD

PLASMALEMAS DE UNA CÉLULA VEGETAL

Notas introductorias. Es posible comparar la permeabilidad de la membrana plasmática para varias sustancias sobre la base de observaciones simples que caracterizan la duración de la conservación de la plasmólisis en células vegetales en soluciones hipertónicas de las sustancias en estudio. En el caso de una permeabilidad suficientemente baja del plasmalema para el soluto o la ausencia total de la capacidad de sus moléculas para difundirse libremente en la célula vegetal, se producirá una plasmólisis persistente, en la que las células plasmolizadas pueden permanecer sin cambios durante mucho tiempo. Sin embargo, si las moléculas de soluto atraviesan la membrana, pero más lentamente que las moléculas de agua, entonces la plasmólisis que ha comenzado es temporal y pronto desaparece. Como resultado de la penetración gradual del soluto en la célula, el agua fluirá desde la solución externa a lo largo del gradiente de concentración, lo que eventualmente hará que la célula entre en un estado desplasmolizado.

Objetivo. Compare la permeabilidad de las membranas celulares para varias sustancias en función de la observación de plasmólisis persistente y temporal.

Materiales y equipo: microscopio, portaobjetos y cubreobjetos, hoja de afeitar, aguja de disección, pinzas, solución de sacarosa 1 M, solución de urea 1 M, solución de glicerol 1 M, papel filtro, bulbo de cebolla.

Se aplica una gota de solución a tres estelas de objetos: en una, solución de sacarosa 1 M, en la otra, solución de urea 1 M, en la tercera, solución de glicerol 1 M. Se coloca un fragmento de la epidermis de cebolla teñida en cada gota, se cubre con cubreobjetos y se examina al microscopio. Encuentre áreas en las que las células plasmolizadas sean claramente visibles. Se anota el momento del comienzo de la plasmólisis: el comienzo de la observación. Las preparaciones se dejan durante 10-30 minutos, luego se examinan nuevamente bajo un microscopio. En una solución de sacarosa, se observa una plasmólisis estable, y en soluciones de carbamida y glicerol, es temporal. La causa de la desplasmólisis en las dos últimas soluciones es la permeabilidad del plasmalema para las moléculas de carbamida y glicerol.

Ejercicio. Realizar un estudio de las características de la plasmólisis de células vegetales en soluciones de diversas sustancias. Registre los resultados de las observaciones en la tabla, anotando el grado de plasmólisis cada 10 minutos después del inicio de las observaciones. Con base en el análisis de los resultados experimentales, identifique las diferencias en la duración del mantenimiento del estado plasmolizado causado por varios osmolíticos y saque una conclusión sobre la permeabilidad relativa del plasmalema para las sustancias en estudio.

Soluto Nota: +++ – plasmólisis fuerte, ++ – plasmólisis media, + – plasmólisis débil.

1. ¿Qué es la permeabilidad selectiva de las membranas celulares?

2. ¿Qué sustancias penetran más fácilmente en las membranas celulares?

3. ¿Cómo se puede utilizar la propiedad de permeabilidad selectiva para determinar la viabilidad de una célula vegetal?

ESTUDIO DE LA DIFUSIÓN DE NEUTRO

ROJO A TRAVÉS DEL PLASMALEMM

CÉLULA VEGETAL

Notas introductorias. La membrana plasmática aísla el contenido intracelular del ambiente externo. El intercambio de sustancias entre el contenido intracelular y el entorno que rodea a la célula se produce por su transporte a través de la membrana. La bicapa lipídica es una barrera para el movimiento de sustancias. La mayoría de las sustancias exógenas fisiológicamente significativas ingresan a la célula como resultado del funcionamiento de los sistemas de transporte pasivo y activo en el plasmalema. Sin embargo, también es posible la difusión pasiva simple a través de la bicapa lipídica, que es una fase hidrófoba.

Las principales regularidades de la difusión de sustancias a través de la bicapa lipídica se establecieron a finales del siglo XIX y principios del XX, es decir, en una época en la que las biomembranas no eran más que estructuras celulares hipotéticas. El hecho de que las sustancias hidrófobas penetren mejor en la célula que las hidrófilas fue la base de la suposición de los investigadores sobre la presencia de lípidos en la membrana.

El proceso de difusión de sustancias a través de una membrana obedece a la primera ley de Fick, cuya expresión matemática, aplicada a una membrana, se describe mediante la fórmula:

donde Pi es el coeficiente de permeabilidad de la membrana para la sustancia i; CiII y CiI son las concentraciones de sustancia i en ambos lados de la membrana.

Los ácidos y bases débiles se caracterizan por el hecho de que el grado de ionización de sus moléculas en soluciones diluidas depende del pH (ver Trabajo de laboratorio 1, fórmula (2)). Esto significa que el grado de disociación de las moléculas de electrolitos débiles en el rango de valores de pH numéricamente iguales a pKa es del 50%. Con una disminución del pH en uno, más del 90% de las moléculas de base débil estarán ionizadas, y con un aumento del pH en el mismo valor, menos del 10%.

Ya en la primera mitad del siglo XX se demostró que las moléculas no ionizadas eléctricamente neutras de electrolitos débiles penetran bastante bien a través de la membrana plasmática en las células vegetales, mientras que la membrana es prácticamente impermeable a los iones correspondientes. Por ejemplo, los coeficientes de permeabilidad del plasmalema para el amoníaco y el ion amonio difieren en más de 100 veces. Por lo tanto, el cambio en los valores de pH es solo de 1 a 2 unidades. conduce a un cambio de más de 10 veces en la concentración de las formas de las moléculas de sustancia transportadas a través de la membrana.

Entre los electrolitos débiles, los indicadores ácido-base son de particular interés, ya que las moléculas de estas sustancias se caracterizan por un cambio en su propiedades ópticas durante la ionización. Además, debido al color característico de las soluciones de estos compuestos, es bastante fácil determinar colorimétricamente su contenido. El rojo neutro (NK) es una base débil. Las moléculas de NA ionizado (a pH 6,8 e inferior) colorean las soluciones en un intenso color carmesí. Con un aumento en el pH de 6,8 a 8,0, se produce un cambio gradual de color a amarillo pálido debido a una disminución en el grado de disociación de las moléculas de NA. En las soluciones alcalinas predominan las moléculas de NA no contaminadas eléctricamente, que se transportan bien a través de la bicapa lipídica de la membrana plasmática, mientras que en las soluciones ácidas predominan los iones de NA que son poco permeables a la membrana.

Las moléculas de NA que ingresan a través del plasmalema a la célula también pueden difundirse a través de otras membranas celulares; sin embargo, al penetrar en la vacuola (compartimento ácido de la célula vegetal), las moléculas de NA se ionizan, tiñendo el contenido de la vacuola con un color carmesí. En este caso, los iones NA resultan estar “cerrados” en el espacio de la vacuola, es decir, tienden a acumularse.

Objetivo. Estudiar los patrones de difusión del rojo neutro a través del plasmalema de una célula vegetal Material y equipo: tijeras, solución hidroalcohólica de rojo neutro, soluciones decinormales de hidróxido de sodio y ácido clorhídrico, papel indicador universal, placas de Petri, microscopio , un cronómetro, un cultivo de algas Nitella flexilis.

Añadir 5 gotas de solución de rojo neutro a 100 ml de agua.

Vierta esta solución en partes iguales en 4 placas de Petri. Controlando la acidez del contenido de las cajas de Petri con papel indicador universal utilizando soluciones de HCl y NaOH llevar el índice de acidez en la primera caja de Petri a pH 9.0, en la segunda a pH 8.0, en la tercera a pH 7.0, en la cuarto a pH 5,0. Etiquete las placas de Petri.

Separe cuidadosamente 8–12 células internodales de algas del talo de Nitella flexilis con tijeras. Al examinar los entrenudos bajo un microscopio, asegúrese de que las células diseccionadas sean nativas: las células vivas intactas retienen filas continuas de cloroplastos ubicadas paralelas a la línea de luz, además, hay un movimiento intensivo del citoplasma: ciclosis.

Coloque 2 o 3 células de entrenudos de algas en placas de Petri.

Enciende el cronómetro.

Ejercicio. Determine el tiempo requerido para teñir las células de algas en cada experimento. Para ello, después de 5 min, compara las células de los entrenudos de las algas de cada una de las variantes según la intensidad del color. Repita la operación después de 10, 20, 30 minutos. Registra los resultados de las observaciones en la tabla. Saque una conclusión sobre las formas de la base débil que se difunde a través de la membrana.

Valor de pH del medio Nota: +++ – color intenso, ++ – color medio, + – color débil, – sin color.

1. ¿Qué factores determinan el grado de disociación de ácidos y bases débiles?

2. ¿Por qué las biomembranas son más permeables a las formas no disociadas de electrolitos débiles?

3. ¿Bajo qué condiciones se nota la acumulación de un electrolito débil en la celda?

CAMBIOS EN LA PERMEABILIDAD DE TONOPLAST

Y PLASMALEMAS PARA BETACYANINA BAJO

LA ACCIÓN DE LOS FÍSICOS Y QUÍMICOS

FACTORES

Notas introductorias. La permeabilidad selectiva de las membranas celulares cambia bajo la influencia de varios factores. Es posible determinar la influencia de cualquier sustancia o condición sobre la permeabilidad de la membrana midiendo la liberación de varios metabolitos de la célula.

La betacianina, un pigmento de remolacha roja, es una molécula soluble en agua relativamente grande que se encuentra en la savia celular.

Para ingresar al medio externo, la molécula de betacianina debe atravesar el tonoplasto, la matriz citoplasmática principal y el plasmalema. Los tonoplastos de las células vivas son impermeables a las moléculas de este pigmento. La difusión de betacianina desde la vacuola hacia el medio puede proceder con bastante rapidez bajo la acción de diversos factores o agentes que provocan un aumento de la permeabilidad de la membrana. Midiendo la densidad óptica del medio de incubación después de un cierto período de tiempo, es posible evaluar el grado de influencia de uno u otro factor en la permeabilidad de la membrana.

Objetivo. Determinar el efecto de la temperatura, así como de los ácidos y alcoholes, sobre la permeabilidad de las membranas celulares para la betacianina por su liberación a la solución externa.

Materiales y equipo: agua destilada, solución de ácido acético al 30%, solución de etanol al 50%, papel filtro, probetas, gradilla, baño María, espectrofotómetro o fotocolorímetro, remolacha de mesa.

Después de eliminar los tejidos tegumentarios, la raíz de remolacha se corta en cubos (el lado del cubo es de 5 mm) y se lava a fondo con agua durante 5 a 10 minutos para eliminar el pigmento que ha salido de las células dañadas.

Luego se colocan uno por uno en cada uno de los 4 tubos, en los que se vierten 5 ml de varios medios de acuerdo con el esquema experimental: agua destilada (2 tubos), soluciones de ácido acético y etanol.

El primer tubo de ensayo con agua destilada se deja en una gradilla y el contenido del segundo se calienta al baño maría durante 2-3 min. Después de 30 minutos, todos los tubos de ensayo se agitan vigorosamente, se retiran los cubos de remolacha y la intensidad del color de las soluciones se determina en un fotocolorímetro con un filtro de luz verde o un espectrofotómetro = 535 nm.

Densidad óptica de la solución, Intensidad de tinción, Opción de experiencia Tarea. Haz tu investigación. Ingrese los resultados de las mediciones de densidad óptica en la tabla. Identificar las diferencias en la permeabilidad del tonoplasto y la membrana plasmática para la betacianina en células de raíz de remolacha expuestas a varios factores y sacar una conclusión sobre las razones de estas diferencias.

1. ¿Cuál es el significado de la permeabilidad selectiva de las membranas celulares?

2. ¿Qué determina la permeabilidad selectiva de las membranas de las células vegetales?

3. PROPIEDADES DEL CITOPLASMA

La mayor parte del citoplasma que llena el espacio entre los orgánulos celulares se denomina citosol. La proporción de agua en el citosol es de aproximadamente el 90%. Casi todas las principales biomoléculas están presentes en forma disuelta en el citosol. Las soluciones verdaderas forman iones y moléculas pequeñas (sales de metales alcalinos y alcalinotérreos, azúcares, aminoácidos, ácidos grasos, nucleótidos y gases disueltos). Las moléculas grandes, como las proteínas, forman soluciones coloidales. Una solución coloidal puede ser un sol (no viscoso) o un gel (viscoso). La intensidad de la mayoría de los procesos intracelulares depende de la viscosidad del citosol.

La propiedad más importante del citoplasma es su movimiento activo.

Esta característica destacada una célula vegetal viva, un indicador de la actividad de sus procesos vitales. El movimiento del citoplasma proporciona transporte intracelular e intercelular de sustancias, el movimiento de los orgánulos dentro de la célula juega un papel importante en las reacciones de irritabilidad. Su implementación involucra los elementos del citoesqueleto: microfilamentos y microtúbulos. La fuente de energía para este movimiento es ATP. El movimiento del citoplasma (ciclosis) es uno de los indicadores más sensibles de la viabilidad celular. Muchos impactos, incluso menores, lo detienen o, por el contrario, lo aceleran.

INFLUENCIA DE LOS IONES DE POTASIO Y CALCIO EN

VISCOSIDAD DEL CITOPLASMA DE LA CÉLULA VEGETAL

Notas introductorias. Los cationes individuales pueden cambiar significativamente la viscosidad del citoplasma. Se ha establecido que los iones de potasio contribuyen a aumentar su contenido de agua y disminuir su viscosidad. La menor viscosidad del citoplasma favorece el flujo de los procesos de síntesis, el transporte intracelular de sustancias, pero reduce la resistencia de las células vegetales a las condiciones externas adversas. A diferencia del potasio, el calcio aumenta la viscosidad del citoplasma. Con una mayor viscosidad del citosol, los procesos fisiológicos avanzan más lentamente, lo que aumenta la resistencia de la célula a las condiciones ambientales adversas.

Los cambios en la viscosidad del citoplasma bajo la acción de los iones de potasio y calcio se pueden juzgar por la forma de plasmólisis en las células en soluciones hipertónicas de sus sales. Con la incubación prolongada de células vegetales en soluciones que contienen iones de potasio, se observa plasmólisis de tapa. En este caso, los iones de potasio pasan a través de la membrana plasmática hacia el citoplasma, pero penetran lentamente a través del tonoplasto hacia la vacuola. Como resultado de la hinchazón del citoplasma, el protoplasto toma una forma convexa, separándose solo de las secciones transversales de las paredes celulares, desde donde se observa la formación de las llamadas "tapas". Un aumento en la viscosidad del citoplasma causado por el calcio es fácil de detectar al observar el cambio en la forma del protoplasto que se plasmoliza: si el plasmolítico contiene calcio, entonces la plasmólisis cóncava a menudo se convierte en una forma convulsiva.

Objetivo. Estudiar la naturaleza de la influencia de los iones de potasio y calcio en la viscosidad del citoplasma de una célula vegetal en base a observaciones de cap y plasmólisis convulsiva.

Materiales y equipo: microscopio, portaobjetos y cubreobjetos, hoja de afeitar, aguja de disección, pinzas, solución de KNO3 1 M, solución de Ca(NO3)2 1 M, papel filtro, bulbo de cebolla.

Se aplica una gota de solución 1 M de nitrato de potasio a un portaobjetos de vidrio y una gota de solución 1 M de nitrato de calcio al otro. En ambas gotas se coloca un trozo de epidermis de cebolla, tomado de la superficie cóncava de la misma escama del bulbo, cubierto con cubreobjetos. Después de 30 minutos, las preparaciones se examinan al microscopio en las soluciones en las que se encontraban. Se observa el fenómeno de la plasmólisis. En algunas células de la epidermis mantenidas en una solución de KNO3, en el lado de las paredes transversales de la célula, el citoplasma forma "tapas", cuya aparición se debe a un aumento en la hidratación del citosol bajo la acción de iones de potasio Los iones de calcio, por el contrario, aumentan la viscosidad del citoplasma, aumentan sus fuerzas de cohesión con la pared celular y el protoplasto adquiere la forma incorrecta, característica de la plasmólisis convulsiva.

Ejercicio. Dibujar las formas observadas de plasmólisis. Revelan la dependencia de la forma de plasmólisis de la viscosidad del citoplasma en presencia de iones de potasio y calcio.

1. ¿Cómo afectan los iones de potasio y calcio a la viscosidad del citoplasma?

2. ¿Bajo qué condiciones se observa la plasmólisis convulsiva?

3. ¿Qué causa la formación de "tapas" como resultado de la incubación de células en solución de KNO3?

OBSERVACIÓN DEL MOVIMIENTO DEL CITOPLASMA

CÉLULAS VEGETALES Y MEDICIÓN

VELOCIDADES

Notas introductorias. Las más convenientes para monitorear el movimiento del citoplasma son las células vegetales grandes con grandes vacuolas (células de los entrenudos de carófitas, algas verdes sifón marinas, células de las hojas de plantas acuáticas de elodea, vallisneria, etc.). Hay varios tipos de movimiento citoplasmático. El movimiento oscilatorio más extendido. Se considera el menos ordenado, ya que en este caso algunas partículas están en reposo, otras se deslizan hacia la periferia y otras hacia el centro de la celda. El movimiento tiene un carácter inestable y aleatorio. El movimiento circulatorio es característico de las células que tienen hebras citoplasmáticas que cruzan la vacuola central. La dirección y la velocidad de movimiento de las partículas ubicadas en el interior o en la superficie de la capa citoplasmática, así como en las capas citoplasmáticas, no son constantes. Durante el movimiento de rotación, el citoplasma se mueve solo en la periferia de la célula y se mueve como una correa de transmisión. El movimiento de este tipo, a diferencia de la circulación, tiene un carácter más o menos constante y ordenado, por lo que es conveniente para el estudio cuantitativo. Además de lo anterior, también hay movimientos del citoplasma, por ejemplo, chorro y lanzadera. Los tipos de movimiento difieren entre sí condicionalmente y en la misma celda pueden moverse de uno a otro.

El movimiento del citoplasma se puede caracterizar determinando su velocidad, la cual depende no solo de fuerza motriz, sino también la viscosidad del citoplasma. La velocidad del citoplasma se puede medir bajo un microscopio observando el movimiento de sus partículas.

Objetivo. Familiarícese con el tipo de movimiento citoplasmático rotacional y mida su velocidad en varios objetos vegetales.

Materiales y equipo: microscopio, portaobjetos y cubreobjetos, hoja de afeitar de seguridad, aguja de disección, solución de agua de estanque artificial, hoja de wallisneria, células de nitella internodal.

Se corta un pequeño trozo de la lámina de la hoja de Vallisneria con una navaja afilada, tratando de dañar la hoja lo menos posible, se coloca en una gota de agua en un portaobjetos de vidrio y se examina bajo un microscopio, primero en bajo, luego en alto aumento. No se recomienda hacer cortes de la hoja, ya que las células se lesionan gravemente en este caso y el movimiento en ellas se detiene. El movimiento del citoplasma se observa fácilmente por el movimiento de todos los cloroplastos en la misma dirección a lo largo de la pared celular. Este movimiento se llama rotacional.

Para observar la ciclosis en las células de nitella, las células preparadas previamente se colocan en cámaras especiales, que se llenan con una solución de agua de estanque artificial. Todas las algas Chara también tienen un tipo de movimiento citoplasmático rotacional, pero los cloroplastos en estas células están inmóviles. Directamente a la cubierta de celulosa se unen a una capa densa e inamovible de citoplasma, llamada ectoplasma. En esta capa, se fijan los cromatóforos, que forman una capa de filas longitudinales regulares estrechamente adyacentes entre sí. Entre la vacuola y la capa de ectoplasma se encuentra la capa interior líquida móvil del citoplasma, el llamado endoplasma. Su movimiento intenso se puede observar por el movimiento de orgánulos más pequeños que los cloroplastos, pequeñas inclusiones incoloras suspendidas en el citoplasma.

Para determinar la velocidad de movimiento del citoplasma se utiliza un cronómetro y una regla ocular colocada en el ocular del microscopio. Usando un cronómetro, se cuenta el tiempo durante el cual el cloroplasto u otra partícula en movimiento recorre la distancia entre dos divisiones seleccionadas de la regla del ocular. Tales mediciones en la misma celda se realizan de 3 a 5 veces. Para calcular la velocidad de movimiento del citoplasma se mide el precio de dividir la regla ocular. Para ello, se coloca un micrómetro de objetos en la platina del microscopio, que se examina en el micrómetro del ocular. Fije la lente seleccionada en las divisiones del micrómetro del objeto y cuente el número de divisiones del micrómetro del objeto. El precio de las divisiones del micrómetro ocular se calcula mediante la fórmula donde N es el precio de las divisiones del micrómetro ocular; 10 µm – valor de división del micrómetro del objeto; b es el número de divisiones del micrómetro del ocular que caben en (a) divisiones del micrómetro del objeto.

La velocidad de una partícula es la relación entre la distancia en micrómetros y el número de segundos que tarda una partícula en movimiento en recorrer esta distancia (µm/s).

Ejercicio. Determinar la velocidad de movimiento del citoplasma en las células de las plantas acuáticas. Introduzca los resultados de la medición en la tabla. Haga dibujos esquemáticos de las células de los objetos considerados e indique la dirección del movimiento del citoplasma con flechas, compare la naturaleza y la velocidad de la ciclosis.

Objeto Tipo de movimiento Distancia Partícula tiempo de viaje, s Tasa de ciclosis, 1. ¿Qué es un citosol?

2. ¿Cómo depende la forma de plasmólisis de la viscosidad del citoplasma de las células vegetales?

3. ¿Cuál es el significado biológico del movimiento del citoplasma?

4. ¿Cuáles son los principales tipos de movimiento citoplasmático?

5. ¿Qué determina la velocidad del citoplasma?

De los autores……………………………………………………………….

1. LA CÉLULA VEGETAL COMO OSMOTICA

SISTEMA………………………………………………………….

Trabajo de laboratorio Modelos de células vegetales……………………………………... Trabajo de laboratorio Fenómeno de plasmólisis y desplasmólisis de una célula vegetal..……. Trabajo de laboratorio Determinación de la presión osmótica de la savia celular por el método plasmolítico…………………………………….………………. 2. PROPIEDADES DE LAS MEMBRANAS CELULARES………..…………..

Trabajo de laboratorio Estudio de la permeabilidad selectiva del plasmalema de la célula vegetal…………………….…………………………………….. Trabajo de laboratorio Estudio de la difusión del rojo neutro a través del plasmalema Trabajo de laboratorio Cambio del permeabilidad del tonoplasto y plasmalema para la betacianina bajo factores físicos y químicos... 3. PROPIEDADES DEL CITOPLASMA……………………………………... Trabajo de laboratorio Efecto de los iones potasio y calcio en la viscosidad del citoplasma de una célula vegetal……………………………… ..……………………. Trabajo de laboratorio Observación del movimiento del citoplasma de las células vegetales y medida de su velocidad…………………………………………………….

FISIOLOGÍA DE LA CÉLULA VEGETAL

Taller "Fisiología Vegetal"

para estudiantes de la Facultad de Biología Responsable del tema A. P. Kudryashov Firmado para publicación el 31. 08. 2009. Formato 6084/16. Papel compensado.

Tiempos de auriculares. conversión horno yo 1.63. Uch.-ed. yo 1.62. Circulación 50 ejemplares. Zach.

Universidad Estatal de Bielorrusia 220030, Minsk, Independence Avenue, 4.

Impreso del diseño original del cliente en las copiadoras de Belorussky Universidad Estatal.

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Nota explicativa.

Propuesto curso electivo contiene información sobre la célula, una unidad de la naturaleza viva, está destinado a estudiantes de clases especializadas interesados ​​​​en citología y bioquímica. El curso electivo propuesto apoya y profundiza los conocimientos básicos de biología. Estudiar un curso electivo ayudará en la elección de la educación superior y las actividades profesionales.

El curso se basa en los conocimientos y habilidades adquiridos por los estudiantes en el estudio de la biología. En el proceso de clases, se supone que los estudiantes adquieran la experiencia de buscar información sobre los temas propuestos. Los estudiantes mejoran las habilidades de preparación de ensayos, informes, mensajes sobre un tema elegido, resuelven la técnica del experimento.

El curso electivo tiene una duración de 35 horas. El programa prevé el estudio de cuestiones teóricas, trabajos de laboratorio, seminarios.

Propósito del curso. Para formar la capacidad de identificar, revelar, utilizar la relación entre la estructura y la función de la célula. Consolidar las habilidades necesarias para la realización de trabajos de laboratorio. Involucrar a los estudiantes en Trabajo independiente con literatura adicional.

El objetivo del curso: la formación de habilidades y destrezas de una comprensión integral del conocimiento en biología, ayudando a los estudiantes a satisfacer los intereses de los aficionados a la citología y la bioquímica.

El concepto principal del curso.

1. Un enfoque integrado para el estudio de los organismos vivos en diferentes niveles de organización.

2. Al considerar las cuestiones de la estructura de la célula, se presta la atención principal a la formación del pensamiento evolutivo.

El número total de horas es de 35 horas.

Tema I. Célula: historia de estudio. Teoría celular. (3 horas)

Introducción a la citología celular. Tareas de la citología moderna. La célula es un sistema integral. Historia del estudio de las células. Creación de la teoría celular. Métodos para el estudio de las células. Paralelismo en la evolución de la técnica microscópica y el nivel de los estudios citológicos.

Trabajo de laboratorio 1. Aparato microscópico y técnica de microscopía.

Tema II. Química de la célula (8 horas).

Elementos químicos de la célula. Características de la composición química de los seres vivos. Iones en la célula y el cuerpo. El contenido de compuestos químicos en la célula. El papel del agua en un sistema vivo.

compuestos orgánicos. Química de las proteínas. Las proteínas son coloides, las proteínas son electrolitos anfóteros, las proteínas son compuestos hidrofílicos. Fenómenos patológicos en ausencia de proteínas en los alimentos.

En violación del intercambio de nucleoproteínas, se desarrolla padagra. La esencia de esta enfermedad es que una gran cantidad de sales de ácido úrico se depositan en el cuerpo en cartílagos y otros tejidos. El contenido de ácido úrico en la sangre aumenta de 2 a 3 veces e incluso 5 veces en contra de la norma. Este proceso se acompaña de dolor y deformidad de las articulaciones. El depósito de ácido úrico en los riñones se caracteriza por una disminución en su excreción del cuerpo, como resultado, el nivel de ácido úrico es aún más alto. se eleva

Trabajo de laboratorio 2. Detección de proteínas en objetos biológicos.

Los carbohidratos son los más comunes. materia orgánica en el piso. Relación entre la estructura de los hidratos de carbono y las funciones biológicas. Patologías debidas a una violación del metabolismo de los carbohidratos en el cuerpo.

El nivel de azúcar en la sangre es normal. En la sangre del feto hay 35 - 115 mg%, en recién nacidos - 20 - 30 mg%, en niños - 80 - 120 mg%, en adultos - 70 - 100 mg%, en ancianos - 85 - 110 mg%. El cambio en el azúcar en la sangre se caracteriza por ciertos trastornos del metabolismo de los carbohidratos.

La hiperglucemia es una condición del cuerpo caracterizada por un aumento en los niveles de azúcar en la sangre. Las causas de la hiperglucemia pueden ser fisiológicas (consumo de grandes cantidades de carbohidratos, diversos estados emocionales, etc.) y factores patológicos (diabetes mellitus, enfermedades crónicas, tumores cerebrales, enfermedades mentales). Una forma de trastorno del metabolismo de los carbohidratos es la diabetes mellitus.

Trabajo de laboratorio 3. Detección de carbohidratos en objetos biológicos.

Demostrar la presencia de carbohidratos en objetos biológicos, las sustancias biológicas más importantes.

lípidos. El papel de los lípidos en la aparición de una cierta autonomía de un sistema biológico como una célula.

Trabajo de laboratorio 4. Detección de lípidos en objetos biológicos.

Ácidos nucleicos. Modelo de Watson y Crick.

Trabajo de laboratorio 5. Reacción cualitativa para ADN.

Tema III. El plan general de la estructura de las células de los organismos vivos. (10:00)

Organelos de células de membrana. orgánulos celulares no membranosos. Procariotas y eucariotas. Célula eucariota animal y vegetal.

Trabajo de laboratorio 6. Características de la estructura de procariotas y eucariotas.

Membrana. Modelo moderno de la estructura de la membrana celular.

Citoesqueleto - sus componentes y funciones en diferentes tipos de células.

Endocitosis y función de los receptores de membrana.

Las moléculas grandes de biopolímeros prácticamente no se transportan a través de las membranas, pero pueden ingresar al interior de la célula como resultado de la endocitosis. Se divide en fagocitosis y pinocitosis. Estos procesos están asociados con una vigorosa actividad y movilidad del citoplasma.

Perspectivas para el desarrollo de la membranalogía.

Trabajo de laboratorio 7. Propiedades fisiológicas de la membrana celular.

Tema IV. Metabolismo. (6:00).

Fuentes de energía de la célula. Heterótrofos y autótrofos. Las mitocondrias son centrales eléctricas. Esquema de síntesis de ATP.

Mecanismo de fotosíntesis y quimiosíntesis.

Ribosomas. Tipos y estructuras de ribosomas en procariotas y eucariotas. Biosíntesis de proteínas. Transmisión. regulación de la transcripción y traducción.

Tema V. Aparato nuclear y reproducción celular (6 horas).

1. El concepto de cromatina. El núcleo de una célula eucariota. Carioplasma.

2. Ciclo vital células. reproducción celular. El concepto de "células madre". "Teoría de las células madre": un gran avance en la biología y la medicina modernas.

3. Envejecimiento celular.

El cáncer es la enfermedad más peligrosa de los humanos y otros seres vivos.

Trabajo de laboratorio 8. Mitosis en células de raíz de cebolla.

Tema VI. Evolución celular. (2 horas).

Conferencia final "Etapas primarias de la evolución biológica en la Tierra".

Teoría de la evolución de procariotas y eucariotas.

Planificación temática del curso electivo “Misterios de la célula viva”.

Tema	Número
Tema 1. Célula: historia de estudio (3 horas) 1. Historia de la célula. Introducción a la Citología. 2. Creación de la teoría celular. Métodos para el estudio de las células. 3. L. r. No. 1. El dispositivo del microscopio y la técnica de microscopía.
Tema 2. Química de la célula. (8 en punto) 1. Elementos químicos células. El papel del agua en un sistema vivo. 2. Química de las proteínas. Lr n° 2 Evidencia de proteínas como biocatalizadores (enzimas) 3. Fenómenos patológicos en ausencia de proteínas en los alimentos. 4. L.r. Nº 3. Detección de proteínas en objetos biológicos. 5. Los carbohidratos son las sustancias orgánicas más comunes en la Tierra. 6.L.r. Nº 4. Detección de carbohidratos en objetos biológicos. 7. Lípidos. Lr Nº 5. Detección de lípidos en objetos biológicos. 8. N. K. Lr No. 6. Reacción cualitativa para ADN.
Tema 3. (10 horas). 1. Membrana. Modelo moderno de la estructura de la membrana celular. 2. Citoesqueleto: sus componentes y funciones en diferentes tipos células. 3. Transporte de membranas. 4. Endocitosis y función receptora de membranas. 5 - 6. Organelos de membrana. 7 - 8. Organelos celulares sin membrana. LR No. 7. Características de la estructura de procariotas y eucariotas. 9.L.r. Nº 8. Propiedades fisiológicas de la membrana celular. 10. Seminario.
Tema 4. Metabolismo (6 horas). 1. Fuentes de energía de la célula. Heterótrofos y autótrofos. 2. Esquema de síntesis de ATP. Las mitocondrias son centrales eléctricas. 3. Mecanismo de la fotosíntesis. Quimiosíntesis. 5. Biosíntesis de proteínas. Seminario. 6. Seminario.
Tema 5. 1. El concepto de cromatina. El núcleo de una célula eucariota. Carioplasma. 2. Ciclo de vida de una célula. reproducción celular. 3.Teoría de las células madre. 4. Envejecimiento y muerte. 5.L.r. No. 9. Mitosis en células de raíz de cebolla. 6. Seminario.
Tema 6. Evolución celular (2 horas) Seminario. 1-2. Conferencia final "Etapas primarias de la evolución biológica en la Tierra".

Trabajo de laboratorio. Tema. El dispositivo de microscopios de luz y la técnica de microscopía.

Objetivo. Basado en el conocimiento del dispositivo de un microscopio óptico, dominar la técnica de microscopía y preparación de micropreparados temporales. Familiarícese con las reglas de registro del trabajo de laboratorio.

Equipo. Microscopio para cada alumno. Portaobjetos y cubreobjetos, pipetas, vasos de agua, algodón, pinzas, tijeras, libreta, álbum. Esquema del dispositivo del microscopio y sus partes.

Progreso.

Considere las partes principales del microscopio: mecánica, óptica e iluminación.

La parte mecánica incluye un trípode, una mesa de objetos, un tubo, un revólver, tornillos macro y micrométricos.

La parte óptica del microscopio está representada por oculares y objetivos. El ocular (del latín okulus - ojo) se encuentra en la parte superior del tubo y mira hacia el ojo.

Este es un sistema de lentes encerradas en una funda. Por la cifra en la superficie superior del ocular, se puede juzgar el factor de aumento (x 7, x 10, x 15). El ocular se puede quitar del tubo y reemplazar según sea necesario. En el lado opuesto del tubo hay una placa giratoria, o un revólver (latín rewolvo) - giro), en el que hay tres casquillos para lentes. Lente: un sistema de lentes, tienen diferentes aumentos. Hay una lente de bajo aumento (x 8), una lente de gran aumento (x 40) y una lente de inmersión para estudiar objetos pequeños (x 90).

El aumento total de un microscopio es igual al aumento del ocular multiplicado por el aumento del objetivo.

La parte de iluminación consta de un espejo, un condensador y un diafragma.

El condensador se encuentra entre el espejo y el escenario. Consta de dos lentes. Para mover el condensador, hay un tornillo ubicado anterior al microscopio y un tornillo macrométrico. Al bajar el condensador, la iluminación disminuye, al subir, aumenta. Al cambiar la posición de las placas del diafragma, usando una perilla especial, puede ajustar la iluminación.

Ejercicio. Dibuja el microscopio y rotula sus partes.

Reglas del microscopio.

1. Instale el microscopio con el trípode hacia usted, la platina del objeto lejos de usted.

2. Coloque la lente de bajo aumento en la posición de trabajo.

3. Mirando por el ocular con el ojo izquierdo, gire el espejo en diferentes direcciones hasta que el campo de visión se ilumine de manera brillante y uniforme.

4. Coloque la preparación preparada en el escenario (cubre el resbalón hacia arriba) de modo que el objetivo quede en el centro de la apertura del escenario.

5. Bajo control visual, baje lentamente el tubo con un tornillo macro para que la lente quede a una distancia de 2 mm de la preparación.

6. Mire a través del ocular y levante lentamente el tubo hasta que aparezca una imagen del objeto.

7. Para proceder al examen del objeto con un gran aumento del microscopio, es necesario centrar la preparación, es decir coloque el objeto en el centro del campo de visión.

8. Girando el revólver, mueva la lente de gran aumento a la posición de trabajo.

9. Bajar el tubo bajo el control del ojo (no mirar por el ocular, sino de lado) casi hasta tocar la preparación.

10. Mirando por el ocular, levante lentamente el tubo hasta que aparezca una imagen.

11. Use el tornillo microscópico para un enfoque fino.

12. Al dibujar la preparación, mire por el ocular con el ojo izquierdo.

Ejercicio. Vuelva a escribir las reglas para trabajar con un microscopio en un cuaderno para trabajo de laboratorio.

Método para preparar una preparación temporal.

1. Tome un portaobjetos de vidrio, sosteniéndolo por los bordes laterales, póngalo sobre la mesa.

2. Coloque un objeto en el centro del vaso, por ejemplo, trozos de algodón de 1,5 cm de largo, coloque una gota de agua sobre el objeto con una pipeta.

3. Coloque un cubreobjetos en el portaobjetos de vidrio.

4. Considere el producto terminado.

5. Dibuja en un álbum cómo se ven las fibras de algodón a bajo y alto aumento.

Microscopía de protozoos.

1. Toma agua de un acuario de hace mucho tiempo. Tome una gota junto con una ramita de algas o una hoja de lenteja de agua y mire a través de un microscopio con un aumento bajo. Suele verse una variedad de protozoos: zapatos, amebas, de vida libre y adheridos a las algas (suvoyki). En el agua puede haber pequeños gusanos y crustáceos (cíclope, dafnia). Teniendo en cuenta esta preparación, puede practicar apuntando el microscopio a objetos en movimiento. (Es decir, aprender a arreglar el microscopio).

Reglas para el diseño del trabajo de laboratorio.

Un elemento necesario del estudio microscópico de un objeto es su boceto en un álbum; Disponer de un álbum de 30x21 cm y un lápiz (liso y de color).

1. Solo puedes dibujar en un lado de la hoja.

2.Antes de comenzar el boceto, escriba el nombre del tema en la parte superior de la página.

3. El dibujo debe ser grande, los detalles son claramente visibles.

4. El dibujo debe mostrar correctamente las formas; la relación entre el volumen y el tamaño de las partes individuales y el todo.

Primero debe dibujar el contorno del objeto (grande), luego dentro de los contornos de los detalles y luego dibujarlos claramente.

5. Dibuja, repitiendo claramente todas las líneas del objeto. Para hacer esto, no debe quitar la vista del microscopio, sino solo cambiar su atención del objeto al dibujo (esto debe aprenderse).

6. Para cada dibujo, debe dar la designación de las partes. Todas las inscripciones deben ser paralelas entre sí. Las flechas se colocan en partes individuales del objeto, escriba un nombre en cada una. Para realizar el trabajo de laboratorio, debe tener un álbum y un cuaderno para registrar material de texto y realizar diagramas.

Trabajo de laboratorio. Tema. Características estructurales de las células procariotas y eucariotas. Células de plantas y animales.

Objetivo. Basado en el estudio de células de bacterias (procariotas), plantas y animales (eucariotas), para descubrir las principales similitudes en la estructura de bacterias, animales y plantas como indicador de la unidad de la organización de las formas vivas.

Equipo.

1. Microscopio.

2. Portaobjetos y cubreobjetos.

3. Pipetas, vasos de agua, pinzas, escalpelos, infusión de yodo, solución acuosa de tinta.

4. Magenta, azul de metileno, infusión de carne, pescado o verduras, película de cebolla.

Tabla de la estructura de las células bacterianas, vegetales y animales.

Progreso.

1. Prepare una infusión con anticipación a partir de varios productos: carne, pescado, proteína de huevo.

2. Triture una pequeña cantidad de material y colóquelo en un matraz, agregue tiza a la punta del bisturí. Llene con agua hasta 2/3 del volumen.

3. Mantener caliente (oscuro) el frasco con la infusión durante 3-5 días. Durante este tiempo, muchas bacterias diferentes se acumulan en el medio.

4. Coloque una gota de infusión en un portaobjetos de vidrio. Considere la preparación con un objetivo de 40x, pero también puede probar con 90x (se prepara una preparación temporal de acuerdo con las reglas presentadas en el trabajo anterior).

5. Añade una gota de máscara de pestañas. En el contexto general, las células bacterianas no se tiñen.

6. Dibujar células bacterianas.

7. Preparar preparaciones temporales de células vegetales y animales.

Separar la escama carnosa de un trozo de cebolla. Hay una película delgada en el interior. Retire la película, corte. Colóquelo en un portaobjetos de vidrio, tome una solución de yodo con una pipeta, colóquela sobre una película y cubra con un cubreobjetos. Ver a bajo aumento. Los núcleos grandes y redondeados de las células se tiñen de amarillo con yodo.

Gire a gran aumento y encuentre la membrana celular. En el núcleo, se pueden ver 1-2 nucléolos, a veces es visible la estructura granular del citoplasma.

Los vacíos sin teñir en el citoplasma de las células son vacuolas.

8. Dibuja varias celdas. Designar: 1) caparazón; 2) citoplasma; 3) núcleo; 4) vacuolas (si son visibles).

Puedes preparar un preparado de hoja de Elodea. Puedes ver cloroplastos - plástidos verdes. Los núcleos de las células no teñidas no son visibles.

9. Las células animales se pueden examinar en el producto terminado. Bosquejo. La figura debe indicar: 1) caparazón; 2) citoplasma; 3) núcleo.

10. Llevar a cabo una discusión conjunta.

¿Qué disposiciones de la teoría celular pueden ser confirmadas por los resultados del trabajo realizado?

Trabajo de laboratorio. Tema. Detección de proteínas en objetos biológicos.

Objetivo. Demostrar la presencia de proteínas en objetos biológicos.

Equipo.

Stand con tubos de ensayo, pipeta, baño de agua, cuentagotas.

Solución de clara de huevo, solución de NaOH al 10 %, sulfato de cobre al 1 %, ninhidrina (solución acuosa al 0,5 %), ácido nítrico (concentrado).

Reacción de Biuret para determinar el enlace peptídico. El método se basa en la capacidad de un enlace peptídico en un medio alcalino para formar compuestos complejos coloreados con sulfato de cobre.

Progreso.

1. Agregue 5 gotas de clara de huevo al 1% a un tubo de ensayo (la proteína se filtra a través de una gasa, luego se diluye con agua destilada 1:10), tres gotas de solución de hidróxido de sodio al 10% y 1 gota de solución de sulfato de cobre al 1% y mezcla.

El contenido del tubo adquiere un color azul-violeta.

reacción de ninhidrina. Las proteínas, los polipéptidos y los aminoácidos libres dan un color azul o violeta con ninhidrina.

Progreso.

1. Tomar 5 gotas de una solución de clara de huevo al 10%, agregar 5 gotas de una solución acuosa de ninhidrina al 0,5% y calentar.

Después de 2-3 minutos, se desarrolla un color rosa o azul violeta.

Reacción de xantoproteína (del griego xantos - amarillo). Con la ayuda de esta reacción, se encuentran aminoácidos cíclicos en la proteína, que contienen anillos de benceno (triptófano, tirosina y otros).

Progreso.

1,5 gotas de solución de clara de huevo al 1%, añadir 3 gotas de ácido nítrico concentrado (con cuidado) y calentar. Después de enfriar, agregue 5 - 10 gotas de solución de hidróxido de sodio al 10% al tubo de ensayo hasta que aparezca un color naranja (está asociado con la formación de la sal de sodio de estos nitrocompuestos).

Trabajo de laboratorio. Tema. Detección de carbohidratos en objetos biológicos.

Objetivo. Demostrar la presencia de carbohidratos en objetos biológicos.

Equipo. Gradilla con tubos de ensayo. Pipetas, baño maría.

solución de almidón al 1%, solución de sacarosa al 1%, solución de fructosa al 1%, solución de yodo al 1% disuelta en yoduro de potasio, naftol disuelto en 50 mm de alcohol (diluido 5 veces con agua antes de usar), solución de alcohol al 1%, timol.

Ácido sulfúrico concentrado, reactivo de Selivanov: 0,5 g de resorcinol disueltos en 100 ml de ácido clorhídrico al 20 %

Detección de almidón.

Progreso.

1. Agregue 10 gotas de una solución de almidón al 1% y una gota de una solución de yodo al 1% en yoduro de potasio a un tubo de ensayo.

Se observa un color azul-púrpura.

Detección de carbohidratos.

Usando la reacción con naftol o timol, se detectan pequeñas cantidades de carbohidratos o componentes de carbohidratos en compuestos complejos.

Progreso.

1. Agregue 10 gotas de solución de sacarosa al 1% a dos tubos de ensayo.

En uno agregue 3 gotas de solución de alcohol al 1% de naftol. En otro tubo de ensayo - 3 gotas de solución de timol al 1% en alcohol. Vierta 0,5 ml de ácido sulfúrico concentrado en ambos (con cuidado) y observe un color violeta en el tubo de ensayo con naftol y rojo en el tubo de ensayo con timol en el borde de los dos líquidos.

Detección de fructosa (reacción de Selivanov).

La fructosa, cuando se calienta con ácido clorhídrico y resorcinol, da un color rojo cereza.

Progreso.

1. Vierta 10 gotas del reactivo de Selivanov 2 gotas de una solución de fructosa al 1% en un tubo de ensayo y caliéntelo suavemente (aparecerá un color rojo).

Trabajo de laboratorio. Tema. Detección de lípidos en objetos biológicos.

Objetivo. Demostrar la presencia de lípidos en objetos biológicos.

Equipo.

1. Stand con tubos de ensayo, baño de agua, pipeta, vasos de vidrio, varillas, gasas.

2. Leticina, solución de alcohol (yema de huevo de gallina), colesterol, solución de cloroformo al 1%, ácido sulfúrico concentrado, acetona.

detección de lecitina.

La lecitina pertenece al grupo de los fosfolípidos, forma parte de las membranas celulares. Constituye la mayor parte del tejido cerebral.

Progreso.

1. Vierta 10 gotas de acetona en un tubo de ensayo seco; poner en un vaso? yema de huevo de gallina.

Mientras revuelve con un palillo, agregue gota a gota 40 ml de alcohol caliente.

Cuando la solución se haya enfriado, fíltrela en un tubo de ensayo seco. El filtrado debe ser claro. El reactivo debe prepararse antes de su uso. Cae un precipitado blanco.

detección de colesterol.

El colesterol es una sustancia similar a la grasa que es de gran importancia para el cuerpo. Incluido en las membranas de muchos órganos y tejidos, es un precursor de los ácidos biliares, vitamina D, hormonas sexuales, hormonas de la corteza suprarrenal. La reacción se basa en su capacidad para liberar agua y condensarse en compuestos coloreados.

Progreso.

1. Vierta 10 gotas de solución de cloroformo al 1% de colesterol en un tubo de ensayo seco y (cuidadosamente) vierta 0,5 ml de ácido sulfúrico concentrado a lo largo de la pared del recipiente. Agitar (suavemente). Aparece un color rojo anaranjado de la capa superior de cloroformo.

Trabajo de laboratorio. Tema. Evidencia del funcionamiento de las proteínas como biocatalizadores (enzimas).

Objetivo. Para probar la acción catalítica de las proteínas - enzimas, para mostrar su alta especificidad, la actividad más alta en un entorno fisiológico.

Equipo. Gradilla con tubos de ensayo, pipetas de 1 ml, baño María, termostato.

Solución de almidón al 1%, solución de sacarosa, solución de yodo al 1% en yoduro de potasio, solución de sulfato de cobre al 5%, solución de hidróxido de sodio al 10%, solución de sacarosa al 2%, solución de ácido clorhídrico al 0,2%.

Progreso.

1. Hidrólisis enzimática del almidón.

La amilasa salival actúa como una enzima que hidroliza el almidón en sus partes constituyentes (maltosa, glucosa). La evaluación de los resultados del experimento se lleva a cabo utilizando reacciones de color con yodo de la reacción de Trommer.

El almidón no hidrolizado da un color azul con yodo y una reacción de Trommer negativa. Los productos de hidrólisis del almidón no reaccionan con el yodo, pero reaccionan positivamente con el reactivo de Trommer.

1. Vierta 10 gotas de solución de almidón al 1% en dos tubos de ensayo.

2. Agregar 4 gotas de agua a uno de ellos (tubo de ensayo No. 1) (control).

En el segundo (tubo de ensayo No. 2) agregue 4 gotas de solución de saliva, diluya la saliva 5 veces.

3. Mezclar y poner al baño maría o termostato durante 15 minutos. a 37 grados S.

4. Tome 4 gotas de la sustancia de prueba del tubo de ensayo y agréguelas a 2 tubos de ensayo diferentes.

5. En uno agregue una gota de una solución de yodo al 1% en yoduro de potasio.

En otro, agregue una gota de solución de sulfato de cobre al 5% y 4 gotas de solución de hidróxido de sodio al 10% y caliente suavemente hasta que hierva (reacción de Trommer).

6. Hacemos lo mismo con el contenido del tubo de ensayo No. 2. El resultado debe mostrar que la hidrólisis del almidón no ocurre en presencia de agua y la reacción con el yodo debe ser positiva. La reacción de Trommer es negativa (el hidróxido de óxido de cobre es azul). En presencia de amilasa salival, los resultados deberían ser los contrarios, ya que se ha producido la hidrólisis del almidón.

No hay reacción con el yodo y se produce un color rojo ladrillo (óxido de cobre I) en la reacción de Trommer.

II. La especificidad de la acción de las enzimas.

Cada enzima actúa sobre una sola sustancia o grupo de sustratos similares. Esto se debe a la correspondencia entre la estructura de la enzima, su centro activo y la estructura del sustrato. Por ejemplo, la amilasa solo actúa sobre el almidón.

Preparación de sacarosa.

Moler 1.100 g de levadura y añadir agua (400 ml). Filtrar después de 2 horas y guardar en el frigorífico.

2. En dos tubos de ensayo (No. 1 y No. 2), agregue 10 gotas de solución de almidón al 1%.

Agregue 10 gotas de solución de sacarosa al 2% a los tubos de ensayo No. 3 y No. 4.

3. En los tubos de ensayo No. 1 y No. 3, agregue 4 gotas de una solución de saliva diluida 5 veces.

Agregue 4 gotas de sacarosa a los tubos de ensayo No. 2 y No. 4.

4. Mezclar y dejar en un termostato durante 15 minutos a una temperatura de 37 grados. CON.

5. Luego, con el contenido de los cuatro tubos de ensayo, realice reacciones con yodo y Trommer

Determinación de la especificidad de la acción de las enzimas.

En las conclusiones, se debe señalar en qué tubo de ensayo y en qué condiciones se encontró la acción de las enzimas y por qué.

tercero Influencia del pH del medio sobre la actividad enzimática.

Para cada enzima, hay un cierto valor de la reacción del entorno en el que exhibe la mayor actividad. Un cambio en el pH del medio provoca una disminución o inhibición completa de la actividad de la enzima.

1. Vierta 1 ml de agua destilada en 8 tubos de ensayo.

2. Agregue 1 ml de solución de ácido clorhídrico al 0,2% al tubo de ensayo No. 1. Mezcla.

3. Tomar un ml de la mezcla del tubo de ensayo No. 1 y transferirlo al tubo de ensayo No. 2. Mezclar, verter 1 ml y transferir al tubo de ensayo No. 3, etc.

4. Tome 1 ml del tubo de ensayo No. 8 y viértalo. Obtenemos diferentes ambientes de pH.

4. En cada tubo agregar 2 ml de solución de almidón al 1% y 1 ml de solución de saliva diluida 1:10.

5. Agita los tubos de ensayo y pon un termostato durante 15 minutos a 37 grados. CON.

6. Enfríe y agregue una gota de solución de yodo al 1% en yoduro de potasio a todos los tubos de ensayo.

La hidrólisis completa ocurrirá en los tubos de ensayo No. 5 y No. 6, donde el pH del medio de la solución está en el rango de 6.8 - 7.2, es decir óptimo para la acción de la amilasa.

Trabajo de laboratorio. Tema. Aislamiento de desoxinucleoproteína del tejido del bazo (hígado). Prueba cualitativa de ADN.

Objetivo. Demostrar que una gran cantidad de ácidos nucleicos están contenidos en forma de un compuesto con proteínas (desoxinucleoproteína - DNP) en tejidos ricos en núcleos (bazo, timo).

Equipo. Gradilla para tubos de ensayo, mortero y mano, polvo de vidrio, pipeta, cristalizador, probetas graduadas de 50 ml y 300 ml, pipetas de 1 ml, varillas de madera con muescas, baño de agua, gasa de filtro, cloruro de sodio, solución al 5 %, que contiene 0,04 % de nitrato de sodio trisustituido , solución de hidróxido de sodio al 0,4%, reactivo de difenilamina (disolver 1 g de difenilamina en 100 ml de ácido acético glacial. Agregar 2,75 ml de ácido concentrado a la solución), bazo (ARN de levadura fresco o congelado, solución al 0,1% recién preparada.

Progreso.

1. Aislamiento de desoxinucleoproteína (DNP) del tejido del bazo (hígado).

El método se basa en la capacidad del DNP para disolverse en soluciones salinas de alta fuerza iónica y precipitar cuando su concentración disminuye.

Triture cuidadosamente 2 - 3 g de tejido de bazo en un mortero con polvo de vidrio, agregando gradualmente 35 - 40 ml de solución de cloruro de sodio.

La solución viscosa resultante se filtra a través de dos capas de gasa en el cristalizador. Use un cilindro para medir seis veces (en relación con el filtrado) el volumen de agua destilada y vierta lentamente en el filtrado.

Los hilos DNP resultantes se enrollan cuidadosamente en un palo de madera y se transfieren a un tubo de ensayo para su uso.

2. Reacción cualitativa para ADN.

El método se basa en la capacidad de la desoxirribosa, que está incluida en el ADN de la desoxirribonucleoproteína, para formar compuestos azules con difenilamina cuando se calienta en un medio que contiene una mezcla de ácido acético glacial y ácido sulfúrico concentrado.

Con el ARN ribosa, una reacción similar produce un color verde.

Vierta 1 ml de solución de hidróxido de sodio al 0,4% a 1/4 del precipitado de DNP (hasta que se disuelva). Añadir 0,5% ml de reactivo de difenilamina. Mezcle el contenido del tubo y colóquelo en un baño de agua hirviendo (15 - 20 min).

Realice una reacción similar en otro tubo de ensayo con 1 ml de solución de ARN.

Nótese la coloración característica.

Trabajo de laboratorio. Tema. Propiedades fisiológicas de la membrana celular.

Objetivo. Demuestre que la membrana celular tiene permeabilidad selectiva. Demuestre visualmente el papel de la membrana en el proceso de fagocitosis y pinocitosis, y familiarícese con la plasmólisis celular, el proceso de separación del protoplasto (contenido celular) de las paredes celulares.

Equipo.

Microscopios, cubreobjetos y portaobjetos, bisturís, agujas de disección, papel de filtro, pipetas, tinta.

Cultivo de infusorios o cultivo de tejidos en medio nutritivo, cultivo de amebas, trozos de planta de Elodea.

Soluciones de cloruro de potasio, soluciones de cloruro de calcio, cloruro de magnesio, solución de albúmina al 2%, solución de cloruro de sodio al 10%, agua destilada.

Progreso.

1. En una solución débil de cloruro de sodio o potasio, coloque ciliados o trozos de tejido cultivado.

2. Prepare una preparación para el microscopio.

3. Puede ver el encogimiento de las células, lo que indica la permeabilidad de la membrana celular. En este caso, el agua de la celda se libera al medio ambiente.

4. Transfiera las células a una gota de agua destilada o extraiga la solución de debajo del cubreobjetos con papel de filtro y reemplácela con agua destilada. Observe cómo las células se hinchan cuando el agua entra en ellas.

5. Colocar ciliados o trozos de tejido cultivado en una solución de cloruro de calcio o cloruro de magnesio de baja concentración.

Los ciliados y las células cultivadas siguen viviendo. Los iones de calcio y magnesio reducen la permeabilidad de la membrana celular. No hay movimiento de agua a través de la concha.

6. Coloque la ameba en una gota de solución de albúmina al 2% (proteína de huevo de gallina).

Prepare un portaobjetos para el microscopio. Después de un tiempo, se forman burbujas, protuberancias y túbulos en la superficie de la ameba. Parece que la superficie de la ameba está "hirviendo". Esto va acompañado de un intenso movimiento de fluidos cerca de la superficie de la membrana.

Las burbujas de líquido están rodeadas por protuberancias del citoplasma, que luego se cierran. Las vesículas pinocíticas a veces aparecen repentinamente. Esto sugiere que las gotas de líquido, junto con la sustancia soluble en él, se capturan rápidamente. La pinocitosis es causada por sustancias que reducen la tensión superficial de la pared celular. Por ejemplo, aminoácidos, algunas sales.

7. Introducir un poco de canal en una gota de líquido en el que se encuentran las amebas. Prepara la droga. Después de un tiempo, las amebas comienzan a moverse lentamente hacia los granos del cadáver, liberando seudópodos (pseudópodos).

Los granos de la canal se adhieren a la superficie de los pseudópodos, están rodeados por ellos y, después de un tiempo, se sumergen en el citoplasma.

Bajo el microscopio, se observa el fenómeno de la fagocitosis en la ameba.

Requisitos primarios.

Los estudiantes deben saber:

1. dispositivo de microscopio y trabajar con él;

2. posición de la teoría celular;

3. similitud y diferencia entre células vegetales y animales;

4. papel de los productos químicos y compuestos en la célula;

5. principales componentes y orgánulos de la célula;

6. características de procariotas y eucariotas;

7. patología del metabolismo de proteínas y carbohidratos;

8. valor de los elementos minerales individuales.

Los estudiantes deben ser capaces de:

1. trabajar con un microscopio;

2. nombrar las partes principales de la celda, "reconocerlas" en el diagrama, fotografiar;

3. para producir las preparaciones más simples para el examen microscópico;

4.realizar correctamente el trabajo de laboratorio;

5. trabajar de forma independiente con literatura adicional y utilizar tecnologías modernas.

Literatura para el maestro.

1.Welsh U., Storch F. Introducción a la citología. Traducción de él. M. Mir, 1986

2. Zavarzin A.A. otro. Biología de la célula. - ed. Universidad Estatal de San Petersburgo, 1992

3. Svenson K., Webster P. - M. Mir, 1982

4. Cordero M. Biología del envejecimiento - M. Mir, 1980

5.Markosyan A.A. Fisiología - M. Medicina, 1968

6. Liberman E.A. celula viva. M.Mir, 1985

7.M.V.Ermolaev Química biológica. Moscú "Medicina", 1984

8. Biología general. A.O. Ruvinsky Moscú "Ilustración", 1993

Literatura para estudiantes.

1. Green N., Stout W., Taylor D. Biología.

2. De Duve K. Viaje al mundo de una célula viva. M.Mir, 1982

3. Liberman E.A. Celula viva. M. Mir, 1987

4.Kemp P., Arms K. Introducción a la biología.

El aspecto principal en el estudio del curso debe estar dirigido a trabajo activo alumnos en el aula en forma de diálogo profesor - alumno, discusión activa en forma de alumno - alumno, alumno - profesor.