1. Membrane cellulari, loro tipi. Proprietà della membrana. Funzioni delle membrane.

Studi morfologici e fisiologici hanno dimostrato che la membrana cellulare svolge un ruolo importante nel funzionamento della cellula.

Strutture a membrana: nucleo, complesso di Golgi, EPS, ecc.

Membranaè una struttura sottile con uno spessore di 7 nm. In base alla sua composizione chimica, la membrana contiene il 25% di proteine, il 25% di fosfolipidi, il 13% di colesterolo, il 4% di lipidi, il 3% di carboidrati.

strutturalmente la base della membrana è un doppio strato di fosfolipidi. Una caratteristica delle molecole di fosfolipidi è che hanno parti idrofile e idrofobe nella loro composizione. Le parti idrofile contengono gruppi polari (gruppi fosfato nei fosfolipidi e gruppi idrossido nel colesterolo). Parti idrofile diretto verso la superficie. UN idrofobico (code grasse) sono diretti verso il centro della membrana.

La molecola ha due code grasse e queste catene di idrocarburi possono essere in due configurazioni. Allungata - configurazione trans(cilindro 0,48 nm). Il secondo tipo è la configurazione gauche-trans-gauche. In questo caso, due code grasse divergono e l'area aumenta a 0,58 nm.

Le molecole lipidiche in condizioni normali hanno una forma cristallina liquida. E in questo stato hanno mobilità. Inoltre, possono entrambi muoversi all'interno del loro strato e capovolgersi. Con una diminuzione della temperatura, si verifica una transizione dallo stato liquido della membrana a uno gelatinoso e ciò riduce la mobilità della molecola.

Quando la molecola lipidica si muove, si formano delle microstrisce, chiamate re, nelle quali possono essere catturate le sostanze. Lo strato lipidico nella membrana è una barriera alle sostanze idrosolubili, ma consente il passaggio delle sostanze liposolubili.

Oltre ai lipidi, la membrana contiene anche molecole proteiche. Queste sono principalmente glicoproteine.

Le proteine ​​integrali passano attraverso entrambi gli strati... Altro le proteine ​​sono parzialmente immerse nello strato esterno o interno. Si chiamano proteine ​​periferiche..

Questo modello di membrana è chiamato modello a cristalli liquidi... Funzionalmente, le molecole proteiche svolgono funzioni strutturali, di trasporto, enzimatiche. Inoltre, formano canali ionici con un diametro compreso tra 0,35 e 0,8 nm, attraverso i quali possono passare gli ioni. I canali hanno la loro specializzazione. Le proteine ​​integrali sono coinvolte nel trasporto attivo e nella diffusione facilitata.

Le proteine ​​periferiche sul lato interno della membrana sono caratterizzate dalla funzione enzimatica. Sul lato interno - funzioni antigeniche (anticorpi) e recettori.

Catene di carbonio possono legarsi alle molecole proteiche e quindi si formano glicoproteine... O lipidi, quindi sono chiamati glicolipidi.

Funzioni principali le membrane cellulari saranno:

1. Funzione barriera

2. Trasferimento passivo e attivo di sostanze.

3. Funzione metabolica (dovuta alla presenza di sistemi enzimatici in essi)

4. Le membrane sono coinvolte nella creazione di potenziali elettrici in uno stato di riposo e, quando eccitate, nelle correnti d'azione.

5. Funzione del recettore.

6. Immunologico (associato alla presenza di antigeni e alla produzione di anticorpi).

7. Fornire interazione intercellulare e inibizione del contatto.

Quando le cellule omogenee entrano in contatto, la divisione cellulare è inibita. Questa funzione è persa nelle cellule tumorali. Inoltre, le cellule tumorali entrano in contatto non solo con le proprie, ma anche con altre cellule, infettandole.

Funzione di permeabilità di membrana. Trasporto.

Il trasporto di sostanze attraverso le membrane può essere passivo e attivo.

Trasferimento passivo le sostanze attraverso le membrane passano senza consumo di energia in presenza di gradienti (differenza di concentrazione di sostanze, differenza di gradiente elettrochimico, in presenza di un gradiente di pressione e un gradiente osmotico). In questo caso, il trasporto passivo viene effettuato utilizzando:

Diffusione.

Filtrazione. Viene eseguito in presenza di una differenza di pressione idrostatica.

Osmosi. Durante l'osmosi, si verifica il movimento del solvente. Cioè, l'acqua da una soluzione pura andrà in una soluzione con una concentrazione più elevata.

In tutti questi casi non c'è consumo di energia... Le sostanze passano attraverso i pori della membrana.

Ci sono pori con conduttività lenta nella membrana, ma non ci sono molti di questi pori nella membrana. La maggior parte dei canali nella membrana ha anche un meccanismo di gate nella loro struttura, che chiude il canale. Questi canali possono essere controllati in due modi: per rispondere a una variazione di carica (canali elettroeccitabili o voltaggio-dipendenti). In un altro caso, la porta nel canale si apre quando viene attaccata una sostanza chimica (chimicamente eccitabile o dipendente dal ligando).

Trasferimento attivo sostanze attraverso la membrana è associato al trasferimento di sostanze contro il gradiente.

Per il trasporto attivo vengono utilizzate proteine ​​integrali che hanno funzioni enzimatiche. L'ATP è usato come energia. Le proteine ​​integrali hanno meccanismi speciali (proteine) che si attivano sia con un aumento della concentrazione di una sostanza all'esterno della cellula, sia con una diminuzione all'interno.

Correnti di riposo.

Potenziale di membrana. All'esterno, la membrana è carica positivamente e all'interno negativa. 70-80mV.

La corrente di guasto è la differenza di carica tra il non danneggiato e il danneggiato... Quello danneggiato è carico negativamente, relativamente intatto.

La corrente metabolica è la differenza di potenziale dovuta alla disuguale intensità dei processi metabolici.

Origine potenziale di membrana spiegare in termini di teoria degli ioni di membrana, che tiene conto della diseguale permeabilità della membrana per gli ioni e della diversa composizione degli ioni nel fluido intracellulare e intercellulare. È stato scoperto che sia il fluido intracellulare che intercellulare hanno la stessa quantità di ioni positivi e negativi, ma la composizione è diversa. Liquido esterno: Na+, Cl - Liquido interno: K+, A - (anioni organici)

A riposo, la membrana è permeabile agli ioni in modi diversi. Il potassio ha la più alta permeabilità, seguito da sodio e cloro. Le membrane sono impermeabili agli anioni organici.

A causa della maggiore permeabilità agli ioni di potassio, lasciano la cellula. Di conseguenza, le org si accumulano all'interno. anioni. Di conseguenza, si crea una differenza di potenziale (potenziale di diffusione del potassio) che dura finché può spegnersi.

Il potenziale di potassio calcolato è -90 mV. E il potenziale pratico è -70 mV. Ciò suggerisce che c'è un altro ione coinvolto nello sviluppo delle capacità.

Per limitare il potenziale nella membrana, la cellula deve funzionare, perché il movimento degli ioni potassio dalla cellula e degli ioni sodio nella cellula porterebbe a una violazione dell'uguaglianza di segno. Le membrane sono polarizzate. All'esterno, la carica sarà positiva e all'esterno sarà negativa.

Stato carica elettrica membrane.

Reverse o overshoot - cambia il segno della carica. Ritorno alla carica originale - ripolarizzazione.

Correnti di eccitazione.

Quando un irritante agisce sulla membrana, si verifica un'eccitazione a breve termine. Il processo di eccitazione è locale e si diffonde lungo la membrana, quindi si depolarizza. Quando l'eccitazione si muove, una nuova sezione della membrana viene depolarizzata, ecc. La corrente di azione è una corrente bifase.

In ogni fase della corrente d'azione si può distinguere una risposta locale, che è sostituita da un potenziale di picco, e un potenziale di traccia negativo e positivo segue il potenziale di picco. Si verifica con l'azione di un irritante. Per spiegare la corrente d'azione, è stato proposto teoria membrana-monica(Hodge, Huxley, Katz). Hanno dimostrato che il potenziale d'azione è maggiore del potenziale di riposo... Quando un irritante agisce sulla membrana, la carica si sposta sulla membrana (depolarizzazione parziale) e questo provoca l'apertura dei canali del sodio. Il sodio penetra nella cellula, riducendo gradualmente la carica sulla membrana, ma il potenziale d'azione non si verifica con alcuna azione, ma solo a un valore critico (cambiamento di 20-30 mV) - depolarizzazione critica. In questo caso, vengono aperti quasi tutti i canali del sodio e, in questo caso, il sodio inizia a riversarsi nella cellula. Si verifica una depolarizzazione completa. Il processo non si ferma qui, ma continua a entrare nella cella e si carica fino a +40. Al massimo del potenziale di picco, la porta h si chiude. A questo valore del potenziale nella membrana si apre la porta del potassio. E poiché Ka + è più grande all'interno, allora Ka + inizia a lasciare la cella e la carica inizierà a tornare al suo valore originale. All'inizio va veloce e poi rallenta. Questo fenomeno è chiamato potenziale di coda negativo. Quindi la carica viene ripristinata al valore originale e successivamente viene registrato un potenziale di traccia positivo, che è caratterizzato da una maggiore permeabilità al potassio. Si verifica uno stato di iperpolarizzazione della membrana (potenziale traccia positivo) Il movimento degli ioni è passivo. In un'eccitazione, 20.000 ioni sodio entrano nella cellula e 20.000 ioni potassio lasciano la cellula.

Il meccanismo di pompaggio è necessario per ripristinare la concentrazione. Vengono introdotti 3 ioni sodio positivi e 2 ioni potassio escono con trasporto attivo.

L'eccitabilità della membrana cambia, e quindi il potenziale d'azione. Durante la risposta locale, si verifica un graduale aumento dell'eccitazione. Durante la risposta di picco, l'eccitazione scompare.

Con un potenziale di traccia negativo, l'eccitabilità aumenterà di nuovo, perché la membrana è di nuovo parzialmente depolarizzata. Nella fase del potenziale luminoso positivo, si verifica una diminuzione dell'eccitabilità. In queste condizioni, l'eccitabilità diminuisce.

La velocità del processo eccitatorio - labilità. La misura della labilità è il numero di eccitazioni per unità di tempo... Le fibre nervose riproducono da 500 a 1000 impulsi al secondo. Tessuti diversi hanno labilità diversa.

2. Recettori, loro classificazione: per localizzazione (membrana, nucleare), meccanismo di sviluppo dei processi (iono- e metabotropico), per velocità di ricezione del segnale (veloce, lenta), per tipo di sostanze percettive.

La ricezione da parte della cellula di un segnale dai messaggeri primari è fornita da speciali proteine ​​recettoriali per le quali i messaggeri primari sono ligandi. Per garantire la funzione del recettore, le molecole proteiche devono soddisfare una serie di requisiti:

• hanno un'elevata selettività per il ligando;
• la cinetica di legame del ligando dovrebbe essere descritta da una curva con saturazione corrispondente allo stato di pieno impiego di tutte le molecole recettoriali, il cui numero sulla membrana è limitato;
• i recettori dovrebbero avere specificità tissutale, riflettendo la presenza o l'assenza di queste funzioni nelle cellule dell'organo bersaglio;
• il legame del ligando e il suo effetto cellulare (fisiologico) dovrebbero essere reversibili, i parametri di affinità dovrebbero corrispondere alle concentrazioni fisiologiche del ligando.

I recettori cellulari sono classificati nelle seguenti classi:

• membrana
• recettore tirosina chinasi
• Recettori accoppiati a proteine ​​G
• canali ionici
• citoplasmatico
• nucleare

I recettori di membrana riconoscono molecole di segnalazione grandi (ad esempio insulina) o idrofile (ad esempio adrenalina) che non possono entrare indipendentemente nella cellula. Piccole molecole di segnalazione idrofobe (ad esempio, triiodotironina, ormoni steroidei, CO, NO) possono diffondersi nella cellula. I recettori per tali ormoni sono solitamente proteine ​​citoplasmatiche o nucleari solubili. Dopo che il ligando si lega al recettore, l'informazione su questo evento viene trasmessa ulteriormente lungo la catena e porta alla formazione di risposte cellulari primarie e secondarie.

Le due principali classi di recettori di membrana sono i recettori metabotropici e i recettori ionotropici.

I recettori ionotropici sono canali di membrana che vengono aperti o chiusi dal legame del ligando. Le correnti ioniche risultanti causano cambiamenti nella differenza di potenziale transmembrana e, di conseguenza, nell'eccitabilità della cellula e modificano anche le concentrazioni di ioni intracellulari, che possono portare all'attivazione secondaria di sistemi di messaggeri intracellulari. Uno dei recettori ionotropici più studiati è il recettore n-colinergico.

La struttura della proteina G, costituita da tre tipi di unità (eterotrimerica) - αt / αi (blu), β (rosso) e γ (verde)

I recettori metabotropici sono associati a sistemi di messaggeri intracellulari. I cambiamenti nella loro conformazione al momento del legame con il ligando portano all'avvio di una cascata di reazioni biochimiche e, infine, a un cambiamento nello stato funzionale della cellula. I principali tipi di recettori di membrana:

Recettori associati a proteine ​​G eterotrimeriche (es. recettore della vasopressina).

Recettori con attività tirosina chinasi intrinseca (p. es., recettore dell'insulina o recettore del fattore di crescita epidermico).

I recettori associati alle proteine ​​G sono proteine ​​transmembrana con 7 domini transmembrana, un N-terminale extracellulare e un C-terminale intracellulare. Il sito di legame del ligando si trova su anse extracellulari, il dominio di legame alla proteina G è vicino al C-terminale nel citoplasma.

L'attivazione del recettore fa sì che la sua subunità α si dissocia dal complesso della subunità e quindi viene attivata. Successivamente, attiva o, al contrario, inattiva l'enzima che produce messaggeri secondari.

I recettori con attività tirosin-chinasica fosforilano le successive proteine ​​intracellulari, spesso anche protein chinasi, e quindi trasmettono un segnale nella cellula. Strutturalmente, queste sono proteine ​​transmembrana con un dominio di membrana. Di norma, sono omodimeri, le cui subunità sono collegate da ponti disolfuro.

3. Recettori ionotropici, recettori metabotropici e loro varietà. Sistemi di mediatori secondari dell'azione dei recettori metabotropici (cAMP, cGMP, inositolo-3-fosfato, diacilglicerolo, ioni Ca++).

I recettori per i neurotrasmettitori si trovano sulle membrane dei neuroni o delle cellule bersaglio (cellule muscolari o ghiandolari). La loro localizzazione può essere sulle membrane postsinaptiche e presinaptiche. I cosiddetti autorecettori sono spesso localizzati sulle membrane presinaptiche, che regolano il rilascio dello stesso neurotrasmettitore dal terminale presinaptico. Ma ci sono anche eteroautorecettori che regolano anche il rilascio di un mediatore, ma in questi recettori il rilascio di un mediatore è regolato da un altro mediatore o neuromodulatore.

La maggior parte dei recettori sono proteine ​​oligomeriche legate alla membrana che legano un ligando (neurotrasmettitore) con elevata affinità e alta selettività. Come risultato di questa interazione, si innesca una cascata di cambiamenti intracellulari. I recettori sono caratterizzati dall'affinità del ligando, dalla quantità, dalla saturazione e dalla capacità di dissociazione del complesso recettore-ligando. Alcuni recettori hanno isoforme che differiscono nella loro affinità per determinati ligandi. Queste isoforme possono essere trovate nello stesso tessuto.

I ligandi sono sostanze che interagiscono selettivamente con un dato recettore. Se una sostanza farmacologica attiva un dato recettore, ne è un agonista, e se ne riduce l'attività, allora un antagonista.

Il legame del ligando al recettore porta a un cambiamento nella conformazione del recettore, a seguito del quale si aprono i canali ionici o si innesca una cascata di reazioni che porta a cambiamenti metabolici.

Esistono recettori ionotropici e metabotropici.

Recettori ionotropici. A causa della formazione del potenziale postsinaptico, il canale ionico corrispondente viene aperto immediatamente all'azione di un mediatore o tramite l'attivazione della proteina G. In questo caso, il recettore stesso forma un canale ionico o è associato ad esso. Dopo l'attacco del ligando e l'attivazione del recettore, il canale viene aperto per lo ione corrispondente. Di conseguenza, sulla membrana si forma un potenziale postsinaptico. I recettori ionotropici sono una via per la trasmissione rapida del segnale e la formazione di PSP senza modificare i processi metabolici nella cellula.

Recettori metabotropici. Questo è un percorso di trasmissione del segnale più complesso. In questo caso, dopo il legame del ligando al recettore, si attiva la cascata di fosforilazione-defosforilazione. Questo viene effettuato direttamente o tramite mediatori secondari, ad esempio tramite tirosina chinasi, o tramite cAMP, o cGMP, o inositolo trifosfato, o diacilglicerolo, o aumentando il calcio intracellulare, che si traduce nell'attivazione delle chinasi proteiche. La fosforilazione più comunemente comporta l'attivazione di una protein chinasi cAMP-dipendente o diacilglicerolo-dipendente. Questi effetti si sviluppano più lentamente e durano più a lungo.

L'affinità di un recettore per il corrispondente neurotrasmettitore può cambiare allo stesso modo degli ormoni, ad esempio a causa di cambiamenti allosterici nel recettore o altri meccanismi. Pertanto, i recettori sono ora designati come strutture mobili e facilmente modificabili. Come parte della membrana, le proteine ​​recettori possono interagire con altre proteine ​​di membrana (la cosiddetta internalizzazione del recettore). I neuromodulatori, come i neurotrasmettitori, possono influenzare il numero e la sensibilità dei recettori. La presenza a lungo termine di grandi quantità di un neurotrasmettitore o neuromodulatore può ridurre la loro sensibilità (down-regulation) e la mancanza di ligandi può aumentare la loro sensibilità (up-regulation).

4. Canali ionici, loro struttura. Classificazione dei canali ionici. Canali del sodio e del potassio.

La struttura e la funzione dei canali ionici. Gli ioni Na +, K +, Ca 2+, Cl - penetrano nella cellula ed escono attraverso speciali canali pieni di liquido. La dimensione dei canali è piuttosto ridotta (diametro 0,5-0,7 nm). I calcoli mostrano che l'area totale del canale occupa una parte insignificante della superficie della membrana cellulare.

La funzione dei canali ionici è studiata in vari modi. Il più comune è il metodo di serraggio della tensione (fig. 2.2). L'essenza del metodo sta nel fatto che con l'aiuto di speciali sistemi elettronici durante l'esperimento, il potenziale di membrana viene modificato e fissato a un certo livello. In questo caso viene misurato il valore della corrente ionica che scorre attraverso la membrana. Se la differenza di potenziale è costante, allora, secondo la legge di Ohm, il valore della corrente è proporzionale alla conduttività dei canali ionici. In risposta alla depolarizzazione graduale, vengono aperti alcuni canali, gli ioni corrispondenti entrano nella cellula lungo un gradiente elettrochimico, cioè si verifica una corrente ionica, che depolarizza la cellula. Questo cambiamento viene registrato utilizzando un amplificatore di controllo e una corrente elettrica viene fatta passare attraverso la membrana, di uguale grandezza, ma in direzione opposta alla corrente ionica di membrana. In questo caso, la differenza di potenziale transmembrana non cambia. L'uso combinato del potenziale metodo di bloccaggio e di specifici bloccanti dei canali ionici ha portato all'apertura di vari tipi di canali ionici nella membrana cellulare.

Attualmente sono stati stabiliti molti tipi di canali per vari ioni (Tabella 2.1). Alcuni di questi sono molto specifici, il secondo, oltre allo ione principale, può passare altri ioni.

Lo studio della funzione dei singoli canali è possibile mediante il metodo della fissazione del potenziale locale "path-clamp"; Riso. 2.3, A). Un microelettrodo di vetro (micropipetta) viene riempito con soluzione salina, premuto contro la superficie della membrana e viene creato un leggero vuoto. In questo caso, parte della membrana viene risucchiata nel microelettrodo. Se nella zona di aspirazione compare un canale ionico, viene registrata l'attività di un singolo canale. Il sistema di stimolazione e registrazione dell'attività del canale differisce poco dal sistema di fissazione del voltaggio.

Tabella 2.1. I più importanti canali ionici e correnti ioniche delle cellule eccitabili

Tipo di canale	Funzione		Blocco canali
Potassio (da solo)	Generazione potenziale a riposo	I K + (perdita)
Sodio	Generazione del potenziale d'azione
Calcio	Generazione lenta del potenziale		D-600, verapamil
Potassio (rettifica ritardata)	Garantire la ripolarizzazione	I K + (ritardo)
Potassio calcio-attivato	Limitazione della depolarizzazione dovuta alla corrente di Ca 2+

Nota. TÈ - tetraetilammonio; TTX - tetrodotossina.

La parte esterna del canale è relativamente accessibile allo studio; lo studio della parte interna presenta notevoli difficoltà. P. G. Kostyuk ha sviluppato un metodo di dialisi intracellulare, che consente di studiare la funzione delle strutture di input e output dei canali ionici senza l'uso di microelettrodi. Si è scoperto che la parte del canale ionico aperta nello spazio extracellulare differisce nelle sue proprietà funzionali dalla parte del canale rivolta verso l'ambiente intracellulare.

Sono i canali ionici che forniscono due importanti proprietà della membrana: selettività e conduttività.

selettività, o selettività, il canale è fornito dalla sua speciale struttura proteica. La maggior parte dei canali è controllata elettricamente, cioè la loro capacità di condurre ioni dipende dal valore del potenziale di membrana. Il canale è eterogeneo nelle sue caratteristiche funzionali, soprattutto per le strutture proteiche poste all'ingresso del canale e alla sua uscita (i cosiddetti meccanismi di porta).

5. Il concetto di eccitabilità. Parametri di eccitabilità del sistema neuromuscolare: soglia di irritazione (reobase), tempo utile (cronassia). Dipendenza della forza dell'irritazione dal momento della sua azione (curva di Goorweg-Weiss). refrattarietà.

Eccitabilità- la capacità di una cellula di rispondere alla stimolazione mediante la formazione di AP e una reazione specifica.

1) la fase della risposta locale - parziale depolarizzazione della membrana (ingresso di Na + nella cellula). Se applichi un piccolo irritante, la risposta è più forte.

La depolarizzazione locale è la fase di esaltazione.

2) la fase di assoluta refrattarietà - la proprietà dei tessuti eccitabili di non formare PD per qualsiasi stimolo di qualsiasi forza

3) la fase di refrattarietà relativa.

4) la fase di lenta ripolarizzazione - irritazione - ancora una risposta forte

5) la fase di iperpolarizzazione - meno eccitabilità (subnormale), lo stimolo dovrebbe essere grande.

Labilità funzionale- valutazione dell'eccitabilità dei tessuti attraverso il numero massimo possibile di AP per unità di tempo.

leggi di eccitazione:

1) la legge della forza - la forza dello stimolo deve essere soglia o sopra soglia (il valore minimo della forza che provoca eccitazione). Più forte è lo stimolo, più forte è l'eccitazione - solo per le associazioni tissutali (tronco nervoso, muscolo, ad eccezione di SMC).

2) la legge del tempo: uno stimolo ad azione prolungata dovrebbe essere sufficiente per l'inizio dell'eccitazione.

Il rapporto tra forza e tempo è inversamente proporzionale tra il tempo minimo e la forza minima. La forza minima - reobase - è la forza che provoca l'eccitazione e non dipende dalla durata. Il tempo minimo è buono. La cronassia è l'eccitabilità di un particolare tessuto, il tempo in cui si verifica l'eccitazione è pari a due reobasi.

Maggiore è la forza, maggiore è la risposta a un certo valore.

Fattori che creano MSP:

1) la differenza nella concentrazione di sodio e potassio

2) diversa permeabilità al sodio e al potassio

3) il lavoro della pompa Na-K (3 Na + viene rimosso, 2 K + viene restituito).

La relazione tra la forza dello stimolo e la durata del suo impatto, necessaria per l'emergere di una risposta minima di una struttura vivente, può essere tracciata molto bene sulla cosiddetta curva forza-tempo (curva di Goorweg-Weiss-Lapik) .

Dall'analisi della curva segue che, per quanto grande sia la forza dello stimolo, se la durata della sua azione è insufficiente, non ci sarà risposta (punti a sinistra del ramo ascendente dell'iperbole). Un fenomeno simile si osserva con l'azione prolungata di stimoli sottosoglia. La corrente (o tensione) minima che può causare l'eccitazione è chiamata reobase di Lapik (un segmento dell'ordinata OA). Il più piccolo intervallo di tempo durante il quale una corrente di intensità pari a una reobase raddoppiata provoca l'eccitazione nel tessuto è chiamato cronassia (un segmento dell'ascissa OF), che è un indicatore della durata soglia della stimolazione. La cronassia si misura in (millesimi di secondo). Dall'entità della cronassia, si può giudicare il tasso di insorgenza dell'eccitazione nel tessuto: minore è la cronassia, più rapida è l'eccitazione. La cronassia delle fibre nervose e muscolari umane è pari a millesimi e decimillesimi di secondo e la cronassia dei cosiddetti tessuti lenti, ad esempio le fibre muscolari dello stomaco di una rana, è pari a centesimi di secondo.

La determinazione della cronassia dei tessuti eccitabili si è diffusa non solo nell'esperimento, ma anche nella fisiologia dello sport, nella clinica. In particolare, misurando la cronassia del muscolo, il neurologo può stabilire la presenza di danni ai nervi motori. Va notato che lo stimolo può essere abbastanza forte, avere una durata di soglia, ma un basso tasso di aumento nel tempo al valore di soglia; l'eccitazione in questo caso non si verifica. L'adattamento del tessuto eccitabile a uno stimolo a crescita lenta è chiamato accomodamento. L'accomodamento è dovuto al fatto che durante l'aumento della forza dello stimolo nel tessuto, i cambiamenti attivi hanno il tempo di svilupparsi, aumentando la soglia di irritazione e prevenendo lo sviluppo dell'eccitazione. Pertanto, il tasso di aumento della stimolazione nel tempo, o il gradiente di stimolazione, è essenziale per l'inizio dell'eccitazione.

Legge del gradiente di irritazione. La reazione di un essere vivente ad uno stimolo dipende dal gradiente di stimolazione, cioè dall'urgenza o dalla rapidità della crescita dello stimolo nel tempo: maggiore è il gradiente di stimolazione, più forte (fino a certi limiti) la risposta di la formazione eccitabile.

Di conseguenza, le leggi dell'irritazione riflettono la complessa relazione tra lo stimolo e la struttura eccitabile durante la loro interazione. Affinché si verifichi l'eccitazione, lo stimolo deve avere una forza di soglia, avere una durata di soglia e avere una certa velocità di aumento nel tempo.

6. Pompe ioniche (ATP-asi):K+- N / A+ -bianco,Circa2+ (plasmolemma e reticolo sarcoplasmatico),h+- K+ -scambiatore.

Secondo i concetti moderni, le membrane biologiche hanno pompe ioniche che funzionano a spese dell'energia libera dell'idrolisi dell'ATP - sistemi speciali di proteine ​​integrali (ATPasi di trasporto).

Attualmente, ci sono tre tipi di pompe ioniche elettrogeniche che trasferiscono attivamente ioni attraverso la membrana (Fig. 13).

Il trasferimento di ioni mediante ATPasi di trasporto avviene a causa della coniugazione di processi di trasferimento con reazioni chimiche, a causa dell'energia del metabolismo cellulare.

Durante il funzionamento della K + -Na + -ATPasi a causa dell'energia rilasciata durante l'idrolisi di ciascuna molecole di ATP, due ioni potassio vengono trasferiti nella cellula e tre ioni sodio vengono pompati contemporaneamente fuori dalla cellula. Pertanto, si crea una maggiore concentrazione di ioni potassio nella cellula e una ridotta concentrazione di sodio nella cellula rispetto all'ambiente intercellulare, che è di grande significato fisiologico.

Segni di una "biopompa":

1. Movimento contro il gradiente di potenziale elettrochimico.

2. Il flusso di una sostanza è associato all'idrolisi dell'ATP (o altra fonte di energia).

3. asimmetria del mezzo di trasporto.

4. La pompa in vitro è in grado di idrolizzare l'ATP solo in presenza di quegli ioni che trasporta in vivo.

5. Quando la pompa è integrata in un ambiente artificiale, è in grado di mantenere la selettività.

Il meccanismo molecolare di funzionamento delle ATPasi ioniche non è completamente compreso. Tuttavia, le fasi principali di questo complesso processo enzimatico possono essere rintracciate. Nel caso di K + -Na + -ATPasi, ci sono sette fasi di trasferimento ionico associate all'idrolisi dell'ATP.

Il diagramma mostra che le fasi chiave dell'enzima sono:

1) la formazione di un complesso dell'enzima con ATP sulla superficie interna della membrana (questa reazione è attivata dagli ioni magnesio);

2) legame da un complesso di tre ioni sodio;

3) fosforilazione dell'enzima con formazione di adenosina difosfato;

4) flip-flop (flip-flop) dell'enzima all'interno della membrana;

5) la reazione di scambio ionico del sodio con il potassio, che avviene sulla superficie esterna della membrana;

6) capovolgimento inverso del complesso enzimatico con trasferimento di ioni potassio nella cellula;

7) il ritorno dell'enzima al suo stato originale con il rilascio di ioni potassio e fosfato inorganico (P).

Pertanto, durante un ciclo completo, dalla cellula vengono rilasciati tre ioni sodio, il citoplasma viene arricchito con due ioni potassio e una molecola di ATP viene idrolizzata.

7. Potenziale di membrana, magnitudo e origine.

Molte teorie sono state proposte per spiegare l'origine dei biopotenziali. La teoria della membrana proposta dal ricercatore tedesco Bernstein (1902, 1912) è più pienamente dimostrata sperimentalmente. In epoca moderna, questa teoria è stata modificata e sviluppata sperimentalmente da Hodgkin, Huxley, Katz (1949-1952).

È stato scoperto che la base dei fenomeni bioelettrici è la distribuzione irregolare (asimmetria) degli ioni nel citoplasma della cellula e nel suo ambiente. Pertanto, il protoplasma delle cellule nervose e muscolari contiene 30-50 volte più ioni potassio, 8-10 volte meno ioni sodio e 50 volte meno ioni cloro rispetto al fluido extracellulare. Inoltre, il citoplasma della cellula contiene anioni organici (composti di grandi dimensioni che trasportano carica negativa), che sono assenti nell'ambiente extracellulare.

I sostenitori della teoria della membrana ritengono che la ragione principale dell'asimmetria ionica sia la presenza di una membrana cellulare con proprietà specifiche.

La membrana cellulare è uno strato ispessito del citoplasma, il cui spessore è di circa 10 nm (100 A). L'uso di metodi di ricerca al microscopio elettronico ha permesso di determinare la struttura fine della membrana (Fig. 55). La membrana cellulare è costituita da un doppio strato di molecole di fosfolipidi, che è coperto dall'interno con uno strato di molecole proteiche e dall'esterno con uno strato di molecole di carboidrati complessi - mucopolisaccaridi. La membrana ha canali speciali - "pori" attraverso i quali l'acqua e gli ioni penetrano nella cellula. Si presume che ci siano canali speciali per ogni ione. A questo proposito, la permeabilità della membrana per alcuni ioni dipenderà dalle dimensioni dei pori e dai diametri degli ioni stessi.

In uno stato di relativo riposo fisiologico, la membrana ha un'aumentata permeabilità agli ioni potassio, mentre la sua permeabilità agli ioni sodio è nettamente ridotta.

Pertanto, le peculiarità della permeabilità della membrana cellulare, nonché la dimensione degli ioni stessi, sono una delle ragioni dell'asimmetria della distribuzione degli ioni su entrambi i lati della membrana cellulare. L'asimmetria ionica è una delle ragioni principali per l'emergere del potenziale di riposo, mentre il ruolo principale appartiene alla distribuzione irregolare degli ioni potassio.

Hodgkin eseguì esperimenti classici sulla fibra nervosa gigante del calamaro. La concentrazione di ioni potassio all'interno della fibra e nel liquido circostante è stata equalizzata - il potenziale di riposo è scomparso. Se la fibra è stata riempita con una soluzione salina artificiale simile nella composizione al fluido intracellulare, è stata stabilita una differenza di potenziale tra i lati interno ed esterno della membrana, approssimativamente uguale al potenziale di riposo della fibra normale (50-80 mV).

Il meccanismo di generazione del potenziale d'azione è molto più complicato. Il ruolo principale nel verificarsi delle correnti d'azione appartiene agli ioni sodio. Sotto l'azione di uno stimolo di forza soglia, la permeabilità della membrana cellulare per gli ioni sodio aumenta di 500 volte e supera di 10-20 volte la permeabilità per gli ioni potassio. A questo proposito, il sodio si precipita nella cellula come una valanga, che porta a una ricarica della membrana cellulare. La superficie esterna è caricata negativamente rispetto a quella interna. Si verifica la depolarizzazione della membrana cellulare, accompagnata da un'inversione del potenziale di membrana. L'inversione del potenziale di membrana è intesa come il numero di millivolt (mV) di cui il potenziale d'azione supera il potenziale di riposo. Il ripristino del livello iniziale del potenziale di membrana (ripolarizzazione) viene effettuato a causa di una forte diminuzione della permeabilità al sodio (inattivazione) e del trasferimento attivo di ioni sodio dal citoplasma della cellula nell'ambiente.

La prova per l'ipotesi del potenziale d'azione del sodio è stata ottenuta anche da Hodgkin. Infatti, se il potenziale d'azione è di natura sodica, allora variando la concentrazione di ioni sodio, il valore del potenziale d'azione può essere modificato. Si è scoperto che quando 2/3 dell'acqua di mare, che è l'ambiente normale per l'assone del calamaro gigante, viene sostituita con una soluzione isotonica di destrosio, cioè quando la concentrazione di sodio nell'ambiente cambia di 2/3, il potenziale d'azione si riduce della metà.

Pertanto, l'emergere di biopotenziali è una funzione di una membrana biologica con permeabilità selettiva. L'entità del potenziale di riposo e del potenziale d'azione è determinata dall'asimmetria ionica nel sistema cellula-ambiente.

8. Fenomeni elettrici nei tessuti nervosi e muscolari all'eccitazione. Potenziale d'azione, sua grandezza, fasi e durata. Il rapporto delle fasi del potenziale d'azione con le fasi di eccitabilità.

Abbiamo già mostrato sopra che la conduzione dell'eccitazione nelle fibre nervose e muscolari viene effettuata con l'aiuto di impulsi elettrici che si propagano lungo la membrana superficiale. La trasmissione dell'eccitazione da un nervo a un muscolo si basa su un meccanismo diverso. Viene effettuato a seguito del rilascio di composti chimici altamente attivi da parte delle terminazioni nervose, i mediatori dell'impulso nervoso. Nelle sinapsi del muscolo scheletrico, questo mediatore è l'acetilcolina (ACh).

Ci sono tre principali elementi strutturali nella sinapsi neuromuscolare: membrana presinaptica sul nervo membrana postsinaptica sul muscolo, tra di loro - fessura sinaptica ... La forma della sinapsi può essere variata. A riposo, l'ACh è contenuto nelle cosiddette vescicole sinaptiche all'interno della piastra terminale della fibra nervosa. Il citoplasma della fibra con vescicole sinaptiche galleggianti in esso è separato dalla fessura sinaptica da una membrana presinaptica. Con la depolarizzazione della membrana presinaptica, la sua carica e la sua permeabilità cambiano, le bolle si avvicinano alla membrana e si riversano nella fessura sinaptica, la cui larghezza raggiunge i 200-1000 angstrom. Il mediatore inizia a diffondersi attraverso lo spazio verso la membrana postsinaptica.

La membrana postsinaptica non è elettrogena, ma ha un'elevata sensibilità al mediatore dovuta alla presenza in essa dei cosiddetti recettori colinergici - gruppi biochimici in grado di reagire selettivamente con l'ACh. Quest'ultimo raggiunge la membrana postsinaptica in 0,2-0,5 msec. (cosiddetto "ritardo sinaptico") e, interagendo con i recettori colinergici, provoca un cambiamento nella permeabilità di membrana per il Na, che porta alla depolarizzazione della membrana postsinaptica e alla generazione di un'onda di depolarizzazione su di essa, che viene chiamata potenziale postsinaptico eccitatorio, (EPSP), il cui valore supera l'EK delle sezioni elettrogeniche vicine della membrana della fibra muscolare. Di conseguenza, in essi sorge il PD (potenziale d'azione), che si diffonde su tutta la superficie della fibra muscolare, provocandone quindi la contrazione, avviando il processo del cosiddetto. interfaccia elettromeccanica (Kapling). Il mediatore nella fessura sinaptica e sulla membrana postsinaptica lavora per un tempo molto breve, poiché viene distrutto dall'enzima colinesterasi, che prepara la sinapsi alla percezione di una nuova porzione del mediatore. È stato anche dimostrato che parte dell'ACh non reagito può tornare alla fibra nervosa.

Con ritmi di stimolazione molto frequenti, i potenziali postsinaptici possono essere riassunti, poiché la colinesterasi non ha il tempo di abbattere completamente l'ACh rilasciato nelle terminazioni nervose. Come risultato di questa somma, la membrana postsinaptica diventa sempre più depolarizzata. In questo caso, le aree elettrogeniche adiacenti della fibra muscolare entrano in uno stato di oppressione, simile a quello che si sviluppa con l'azione prolungata del catodo DC (depressione catodica di Verigo).

L'eccitazione nel tessuto si manifesta nella comparsa di una funzione specifica per esso (conduzione dell'eccitazione tessuto nervoso, contrazione muscolare, secrezione ghiandolare) e reazioni aspecifiche (generazione del potenziale d'azione, alterazioni metaboliche).

La corrente d'azione (PD e EPP) è una corrente elettrica che si verifica nei nervi, nei muscoli e in alcune cellule vegetali tra le loro aree di riposo eccitate e vicine. È causato da cambiamenti nella permeabilità ionica della membrana e nel potenziale che si sviluppano nell'area eccitata. Svolge un ruolo importante nella propagazione del potenziale d'azione lungo la cellula (fibra). Un potenziale d'azione è uno spostamento del potenziale di membrana che si verifica in un tessuto sotto l'azione di uno stimolo soglia e soprasoglia, che è accompagnato da una ricarica della membrana cellulare.

Sotto l'azione di uno stimolo soglia o soprasoglia, la permeabilità della membrana cellulare per gli ioni cambia a vari livelli. Per gli ioni Na aumenta 400-500 volte e il gradiente cresce rapidamente, per gli ioni K - 10-15 volte e il gradiente si sviluppa lentamente. Di conseguenza, il movimento degli ioni Na avviene all'interno della cellula, gli ioni K si spostano fuori dalla cellula, il che porta a una ricarica della membrana cellulare. La superficie esterna della membrana porta una carica negativa, quella interna è positiva. Misure accurate hanno mostrato che l'ampiezza del potenziale d'azione è di 30-50 mV superiore al valore del potenziale di riposo.

Fasi del PD. PD si compone di 2 fasi:

1. Fase di depolarizzazione. Corrisponde a una rapida variazione del potenziale di membrana (depolarizzazione di membrana) di circa 110 mV. Il potenziale di membrana passa da un livello di riposo (circa -70mV) ad un valore vicino al potenziale di equilibrio - il potenziale al quale la corrente in ingresso assume un valore nullo (ENa + (circa 40mV)).

2. La fase di ripolarizzazione. Il potenziale di membrana raggiunge nuovamente il livello di riposo (la membrana si ripolarizza), dopodiché l'iperpolarizzazione si verifica ad un valore di circa 10 mV in meno (più negativo) del potenziale di riposo, cioè circa -80 mV.

La durata del potenziale d'azione nelle fibre nervose e muscolari scheletriche varia nell'intervallo 0,1 - 5 msec., mentre la fase di ripolarizzazione è sempre più lunga della fase di depolarizzazione.

Il rapporto tra le fasi del potenziale d'azione e l'eccitabilità. Il livello di eccitabilità cellulare dipende dalla fase del PD. Nella fase di risposta locale, l'eccitabilità aumenta. Questa fase di eccitabilità è chiamata aumento latente. Nella fase di ripolarizzazione dell'AP, quando tutti i canali del sodio si aprono e gli ioni sodio si precipitano nella cellula come una valanga, nessuno stimolo nemmeno super forte può stimolare questo processo. Pertanto, la fase di depolarizzazione corrisponde alla fase di refrattarietà assoluta. Durante la fase di ripolarizzazione, vengono chiusi sempre più canali del sodio. Tuttavia, possono essere riaperti sotto l'azione di uno stimolo sopra la soglia. Ciò corrisponde ad una fase di relativa refrattarietà. Durante la depolarizzazione della traccia, la MP è a un livello critico, quindi anche stimoli sottosoglia possono causare eccitazione cellulare. Di conseguenza, in questo momento, la sua eccitabilità è aumentata. Questa fase è chiamata fase di eccitabilità soprannaturale. Al momento dell'iperpolarizzazione della traccia, la MF è al di sopra del livello iniziale. È in una fase di eccitabilità subnormale.

9. La struttura dei muscoli scheletrici e la loro innervazione. Unità motoria. Proprietà fisiologiche muscoli, le loro caratteristiche in un neonato.

Classificazione morfo-funzionale dei muscoli:

1. A strisce incrociate

a) scheletrico - cellule multinucleate, striate incrociate, nuclei più vicini al sarcolemma. Peso 40%.

b) cardiaco - cellule mononucleate striate incrociate, il nucleo al centro. Peso 0,5%.

2. Liscio - cellule mononucleate, non hanno striature incrociate. Sono membri di altri organismi. peso totale 5-10%.

Proprietà generali dei muscoli.

1) Eccitabilità. PP = - 90mV. Ampiezza PD = 120 mV - inversione di segno +30 mV.

2) Conduttività: la capacità di condurre PD attraverso la membrana cellulare (3-5 m / s). Fornisce la consegna di PD ai tubi a T e da questi ai tubi a L che rilasciano calcio.

3) Contrattilità: la capacità di accorciare o sviluppare tensione quando è eccitato.

4) Elasticità: la capacità di tornare alla lunghezza originale.

Funzione dei muscoli scheletrici:

1. Movimento del corpo nello spazio

2. Parti del corpo in movimento l'una rispetto all'altra

3. Mantenimento della postura

4. Generazione di calore

5. Movimento del sangue e della linfa (lavoro dinamico)

6. Partecipazione alla ventilazione polmonare

7. Protezione degli organi interni

8. Fattore antistress

Livelli di organizzazione dei muscoli scheletrici:

L'intero muscolo è circondato da epimisio, vasi e nervi si avvicinano ad esso. I singoli fasci muscolari sono ricoperti di perimisio. Un fascio di cellule (fibra muscolare o simplast) - ricoperto di endomisio. La cellula contiene miofibrille da miofilamenti, le principali proteine ​​sono actina, miosina, tropomiosina, troponina, calcio ATP-asi, creatina fosfochinasi, proteine ​​strutturali.

Nel muscolo si distinguono le unità motorie (motrici, neuromotorie) - questa è un'associazione funzionale di un motoneurone, il suo assone e le fibre muscolari innervate da questo assone. Queste fibre muscolari possono essere localizzate in diverse aree (fasci) del muscolo.

L'unità motoria (ME) è l'unità funzionale del muscolo scheletrico. La ME comprende un motoneurone e un gruppo di fibre muscolari da esso innervate.

Tipi di fibre muscolari:

1) fibre fasiche lente di tipo ossidativo

2) fibre fasiche veloci di tipo ossidante (tipo 2a)

3) fibre fasiche veloci di tipo glicolitico (tipo 2b)

4) fibre toniche

Meccanismi di contrazione muscolare.

A) una singola fibra muscolare

B) muscolo intero

Il muscolo scheletrico ha le seguenti proprietà essenziali:

1) eccitabilità: la capacità di rispondere all'azione di uno stimolo modificando la conduttività ionica e il potenziale di membrana. In condizioni naturali, questo irritante è il mediatore dell'acetilcolina.

2) conduttività - la capacità di condurre un potenziale d'azione lungo e all'interno della fibra muscolare lungo il sistema T;

3) contrattilità: la capacità di accorciare o sviluppare tensione quando eccitato;

4) elasticità: la capacità di sviluppare tensione quando allungata.

10. Modalità di contrazione muscolare: isotonica e isometrica. Forza muscolare assoluta. Cambiamenti legati all'età nella forza muscolare.

La capacità contrattile del muscolo scheletrico è caratterizzata dalla forza di contrazione che il muscolo sviluppa (di solito forza complessiva, che il muscolo può sviluppare, e assoluto, cioè la forza per 1 cm 2 della sezione trasversale) la lunghezza dell'accorciamento, il grado di tensione della fibra muscolare, la velocità di accorciamento e sviluppo della tensione, la velocità di rilassamento. Poiché questi parametri sono in gran parte determinati dalla lunghezza iniziale delle fibre muscolari e dal carico sul muscolo, lo studio della contrattilità muscolare viene eseguito in varie modalità.

La stimolazione della fibra muscolare con un unico stimolo soglia o soprasoglia porta ad un'unica contrazione, che consiste in più periodi (Fig. 2.23). Il primo: il periodo di latenza è la somma dei ritardi causati dall'eccitazione della membrana della fibra muscolare, dalla diffusione di AP lungo il sistema T nella fibra, dalla formazione di inositolo trifosfato, dall'aumento della concentrazione di calcio intracellulare e dall'attivazione di ponti trasversali. Per il muscolo sartorio della rana, il periodo di latenza è di circa 2 ms.

Il secondo è un periodo di accorciamento, o sviluppo di tensione. In caso di accorciamento libero delle fibre muscolari, si parla di contrazione isotonica, in cui la tensione praticamente non cambia, ma cambia solo la lunghezza della fibra muscolare. Se la fibra muscolare è fissata su entrambi i lati e non può essere accorciata liberamente, allora ne parlano contrazione isometrica A rigor di termini, con questa modalità di contrazione, la lunghezza della fibra muscolare non cambia, mentre la dimensione dei sarcomeri cambia a causa dello scorrimento dei filamenti di actina e miosina l'uno rispetto all'altro. In questo caso, la sollecitazione risultante viene trasferita agli elementi elastici posti all'interno della fibra. Le proprietà elastiche sono possedute dai ponti trasversali dei filamenti di miosina, dei filamenti di actina, delle placche Z, del reticolo sarcoplasmatico localizzato longitudinalmente e del sarcolemma della fibra muscolare.

Negli esperimenti su un muscolo isolato, viene rivelato lo stiramento degli elementi del tessuto connettivo del muscolo e dei tendini, a cui viene trasmessa la tensione sviluppata dai ponti trasversali.

Nel corpo umano, in una forma isolata, non si verifica la contrazione isotonica o isometrica. Di norma, lo sviluppo della tensione è accompagnato da un accorciamento della lunghezza muscolare - riduzione della modalità auxotonica

Il terzo è un periodo di rilassamento, quando la concentrazione di ioni Ca 2+ diminuisce e le teste di miosina si staccano dai filamenti di actina.

Si ritiene che per una singola fibra muscolare, la tensione sviluppata da qualsiasi sarcomero sia uguale alla tensione in qualsiasi altro sarcomero. Poiché i sarcomeri sono collegati in serie, la velocità con cui la fibra muscolare si contrae è proporzionale al numero dei suoi sarcomeri. Quindi, con una singola contrazione, la velocità di accorciamento di una fibra muscolare lunga è maggiore di quella di una più corta. La quantità di sforzo sviluppata da una fibra muscolare è proporzionale al numero di miofibrille nella fibra. Durante l'allenamento muscolare, aumenta il numero di miofibrille, che è un substrato morfologico per un aumento della forza di contrazione muscolare. Allo stesso tempo, aumenta il numero di mitocondri, che aumentano la resistenza delle fibre muscolari durante lo sforzo fisico.

In un muscolo isolato, l'entità e la velocità di una singola contrazione sono determinate da una serie di fattori aggiuntivi. La quantità di una singola contrazione sarà determinata principalmente dal numero di unità motorie coinvolte nella contrazione. Poiché i muscoli sono composti da fibre muscolari con diversi livelli di eccitabilità, esiste una relazione definita tra l'entità dello stimolo e la risposta. Un aumento della forza di contrazione è possibile fino a un certo limite, dopo di che l'ampiezza della contrazione rimane invariata con un aumento dell'ampiezza dello stimolo. In questo caso, tutte le fibre muscolari che compongono il muscolo prendono parte alla contrazione.

L'importanza della partecipazione di tutte le fibre muscolari alla contrazione è stata dimostrata studiando la dipendenza del tasso di accorciamento dall'entità del carico.

Quando il secondo stimolo viene applicato durante il periodo di accorciamento o sviluppo della tensione muscolare, vengono sommate due contrazioni consecutive e la risposta risultante in ampiezza diventa significativamente maggiore rispetto a un singolo stimolo; se una fibra muscolare o un muscolo viene stimolato con una frequenza tale che stimoli ripetuti cadranno sul periodo di accorciamento o sviluppo di tensione, allora si verifica e si sviluppa una somma completa delle singole contrazioni tetano liscio (Fig. 2.25, B). Il thetano è una contrazione muscolare forte e prolungata. Si ritiene che questo fenomeno si basi su un aumento della concentrazione di calcio all'interno della cellula, che consente la reazione di interazione tra actina e miosina e la generazione di forza muscolare da parte dei ponti trasversali per un tempo sufficientemente lungo. Con una diminuzione della frequenza di stimolazione, è possibile che venga applicato uno stimolo ripetuto durante il periodo di rilassamento. In questo caso, si verificherà anche la somma delle contrazioni muscolari, tuttavia, ci sarà una caratteristica depressione sulla curva di contrazione muscolare (Fig. 2.25, D) - somma incompleta, o tetano dentato.

Con il tetano, si verifica la somma delle contrazioni muscolari, mentre il PD delle fibre muscolari non viene sommato.

In condizioni naturali, non si verificano singole contrazioni dei muscoli scheletrici. Si verifica l'addizione, o sovrapposizione, contrazione delle singole unità neuromotorie. In questo caso, la forza di contrazione può aumentare sia modificando il numero di unità motorie che partecipano alla contrazione, sia modificando la frequenza degli impulsi dei motoneuroni. In caso di aumento della frequenza degli impulsi si osserverà la sommatoria delle contrazioni delle singole unità motorie.

Uno dei motivi dell'aumento della forza di contrazione in vivo è la frequenza degli impulsi generati dai motoneuroni. La seconda ragione di ciò è l'aumento del numero di motoneuroni eccitati e la sincronizzazione della frequenza della loro eccitazione. Un aumento del numero di motoneuroni corrisponde ad un aumento del numero di unità motorie che partecipano alla contrazione e un aumento del grado di sincronizzazione della loro eccitazione contribuisce ad un aumento dell'ampiezza con una sovrapposizione della contrazione massima sviluppata da ciascun motore unità separatamente.

La forza di contrazione di un muscolo scheletrico isolato, a parità di altre condizioni, dipende dalla lunghezza iniziale del muscolo. Lo stiramento moderato del muscolo fa aumentare la forza che sviluppa rispetto alla forza sviluppata dal muscolo non stirato. C'è una sommatoria di tensione passiva, dovuta alla presenza di componenti elastiche del muscolo, e contrazione attiva. La massima forza di contrazione si ottiene quando la dimensione del sarcomero è di 2-2.2 micron (Fig. 2.26). Un aumento della lunghezza del sarcomero porta ad una diminuzione della forza di contrazione, poiché l'area di sovrapposizione reciproca dei filamenti di actina e miosina diminuisce. Con una lunghezza del sarcomero di 2,9 micron, il muscolo può sviluppare una forza pari solo al 50% della massima possibile.

In condizioni naturali, la forza di contrazione dei muscoli scheletrici quando vengono allungati, ad esempio durante il massaggio, aumenta a causa del lavoro degli efferenti gamma.

La forza muscolare assoluta è il rapporto tra la forza massima di un muscolo e il suo diametro fisiologico, ad es. il carico massimo che un muscolo solleva, diviso per l'area totale di tutte le fibre muscolari. La forza di contrazione non rimane costante per tutta la vita. Come risultato di un'attività prolungata, le prestazioni dei muscoli scheletrici diminuiscono. Questo fenomeno è chiamato affaticamento. Allo stesso tempo, la forza delle contrazioni diminuisce, il periodo di contrazione latente e il periodo di rilassamento aumentano.

11. Contrazioni muscolari singole, sue fasi. Fasi delle modificazioni dell'eccitabilità muscolare. Caratteristiche di una singola contrazione nei neonati.

L'irritazione di un muscolo o del nervo motore che lo innerva con un singolo stimolo provoca una singola contrazione del muscolo. Si distingue tra due fasi principali: la fase di contrazione e la fase di rilassamento. La contrazione della fibra muscolare inizia già durante il ramo ascendente del PD. La durata della contrazione in ogni punto della fibra muscolare è decine di volte più lunga della durata dell'AP. Viene quindi un momento in cui il PD è passato lungo tutta la fibra e finisce, mentre l'onda di contrazione ha ricoperto tutta la fibra e continua ad accorciarsi. Questo corrisponde al momento di massimo accorciamento o tensione della fibra muscolare.

La contrazione di ogni singola fibra muscolare con singole contrazioni obbedisce alla legge” tutto o niente". Ciò significa che la contrazione che si verifica sia durante la stimolazione di soglia che di sovrasoglia ha un'ampiezza massima. L'entità di una singola contrazione dell'intero muscolo dipende dalla forza della stimolazione. Con la stimolazione della soglia, la sua contrazione è appena percettibile, ma con un aumento della forza di stimolazione, aumenta fino a raggiungere una certa altezza, dopodiché rimane invariata (massima contrazione).Ciò è dovuto al fatto che l'eccitabilità delle singole fibre muscolari non è la stessa, e quindi solo una parte del li è eccitato con debole irritazione.Alla contrazione massima, sono tutti eccitati.La velocità dell'onda di contrazione muscolare coincide con la velocità di propagazione AP Nel bicipite brachiale è pari a 3,5-5,0 m / sec.

Singola contrazione - una riduzione dell'irritazione... In esso si distinguono un periodo di latenza, una fase di contrazione e una fase di rilassamento. Al momento del periodo di latenza, si verifica una fase di refrocter. Ma già all'inizio della fase di accorciamento, viene ripristinato.

12. La somma delle contrazioni muscolari. Contrazioni tetaniche.

Se, in un esperimento, una singola fibra muscolare o l'intero muscolo subisce l'azione di due forti stimoli singoli rapidamente successivi, la contrazione risultante avrà un'ampiezza maggiore della contrazione singola massima. Gli effetti contrattili causati dal primo e dal secondo stimolo sembrano sommarsi. Questo fenomeno è chiamato somma di abbreviazioni. Affinché avvenga la sommatoria, è necessario che l'intervallo tra gli stimoli abbia una certa durata - deve essere più lungo del periodo refrattario, ma più corto dell'intera durata di una singola contrazione, in modo che la seconda stimolazione agisca sul muscolo prima di essa ha tempo per rilassarsi. In questo caso sono possibili due casi. Se il secondo stimolo arriva quando il muscolo ha già iniziato a rilassarsi, sulla curva miografica il vertice della seconda contrazione sarà separato dal primo da una depressione. Se il secondo stimolo agisce quando la prima contrazione non ha ancora raggiunto il suo picco, allora la seconda contrazione, per così dire, si fonde con la prima, formando insieme ad essa un unico picco riassuntivo. Sia con la somma piena che con quella incompleta, i PD non vengono sommati. Questa contrazione cumulativa in risposta a stimoli ritmici è chiamata tetano. A seconda della frequenza dell'irritazione, è seghettato e liscio.

La ragione della somma delle contrazioni nel tetano risiede nell'accumulo di ioni Ca ++ nello spazio interfibrillare fino a una concentrazione di 5 * 10 6 mM / L. Dopo aver raggiunto questo valore, un ulteriore accumulo di Ca ++ non porta ad un aumento dell'ampiezza del tetano.

Dopo la fine della stimolazione tetanica, le fibre all'inizio non si rilassano completamente e la loro lunghezza originale viene ripristinata solo dopo un certo tempo. Questo fenomeno è chiamato contrattura post-tetanica o residua. È correlato a questo. che ci vuole più tempo per rimuovere tutto il Ca++ dallo spazio interfibrillare, che vi è arrivato durante gli stimoli ritmici e non ha avuto il tempo di ritirarsi completamente nelle cisterne del reticolo sarcoplasmatico mediante l'operazione delle pompe di Ca.

Se, dopo aver raggiunto il tetano liscio, la frequenza dell'irritazione aumenta ancora di più, allora il muscolo a una certa frequenza inizia improvvisamente a rilassarsi. Questo fenomeno si chiama pessimista . Si verifica quando ogni impulso successivo cade nella refrattarietà del precedente.

13. Ultrastruttura di miofibrille. Proteine ​​contrattili (actina, miosina). Proteine ​​regolatrici (troponina, tropomiosina) nella composizione di protofibrille sottili. La teoria della contrazione muscolare.

Le miofibrille sono l'apparato contrattile delle fibre muscolari. Nelle fibre muscolari striate, le miofibrille sono suddivise in sezioni (dischi) regolarmente alternate con proprietà ottiche diverse. Alcune di queste aree sono anisotrope, ad es. avere birifrangenza. Alla luce normale, appaiono scuri, e alla luce polarizzata, appaiono trasparenti in direzione longitudinale e opachi in direzione trasversale. Altre aree sono isotrope e appaiono trasparenti in condizioni di luce normale. Le aree anisotrope sono indicate con la lettera UN, isotropo - IO. Al centro del disco A c'è una striscia luminosa n, e nel mezzo del disco I c'è una striscia scura Z, che è una sottile membrana trasversale attraverso i cui pori passano le miofibrille. A causa della presenza di una tale struttura di supporto, i dischi paralleli delle singole miofibrille all'interno di una fibra non si muovono l'uno rispetto all'altro durante la contrazione.

È stato scoperto che ciascuna delle miofibrille ha un diametro di circa 1 micron e consiste in media di 2500 protofibrille, che sono molecole polimerizzate allungate con proteine ​​di miosina e actina. I filamenti di miosina (protofibrille) sono due volte più spessi dei filamenti di actina. Il loro diametro è di circa 100 angstrom. Nello stato di riposo della fibra muscolare, i filamenti si trovano nella miofibrilla in modo tale che i filamenti di actina lunghi e sottili entrino nelle loro estremità negli spazi tra i filamenti di miosina spessi e quelli più corti. In tale sezione, ogni filo spesso è circondato da 6 sottili. A causa di ciò, i dischi I sono costituiti solo da filamenti di actina e anche i dischi A sono costituiti da filamenti di miosina. La striscia luminosa H rappresenta una zona libera da filamenti di actina durante il periodo di riposo. La membrana Z, passando per il centro del disco I, tiene insieme i filamenti di actina.

Numerosi ponti trasversali sulla miosina sono anche una componente importante della struttura ultramicroscopica delle miofibrille. A loro volta, i filamenti di actina hanno i cosiddetti centri attivi, che a riposo sono ricoperti, come una guaina, da proteine ​​speciali: troponina e tropomiosina. La contrazione si basa sul processo di scorrimento dei filamenti di actina rispetto ai filamenti di miosina. Questo scorrimento è causato dal lavoro del cosiddetto. "ingranaggio chimico", vale a dire cicli che si verificano periodicamente di cambiamenti nello stato dei ponti trasversali e la loro interazione con i centri attivi sull'actina. Gli ioni ATP e Ca+ svolgono un ruolo importante in questi processi.

Quando la fibra muscolare si contrae, i filamenti di actina e miosina non si accorciano, ma iniziano a scorrere l'uno sull'altro: i filamenti di actina scivolano tra i filamenti di miosina, per cui la lunghezza dei dischi I si accorcia e i dischi A mantengono le loro dimensioni, avvicinandosi l'un l'altro. La striscia H quasi scompare, perché le estremità dell'actina si toccano e si sovrappongono.

14. Connessione di eccitazione e contrazione (accoppiamento elettromeccanico) nelle fibre muscolari. Il ruolo degli ioni calcio. La funzione del reticolo sarcoplasmatico.

Nel muscolo scheletrico, in vivo, l'iniziatore della contrazione muscolare è un potenziale d'azione che si propaga durante l'eccitazione lungo la membrana superficiale della fibra muscolare.

Se la punta del microelettrodo viene applicata alla superficie della fibra muscolare nella regione della membrana Z, quando viene applicato uno stimolo elettrico molto debole che provoca la depolarizzazione, i dischi I su entrambi i lati del sito di irritazione inizieranno ad accorciarsi . in questo caso, l'eccitazione si diffonde in profondità nella fibra, lungo la membrana Z. L'irritazione di altre parti della membrana non provoca tale effetto. Ne consegue che la depolarizzazione della membrana superficiale nella regione del disco I durante la propagazione di AP è il meccanismo di attivazione del processo contrattile.

Ulteriori studi hanno dimostrato che un importante legame intermedio tra la depolarizzazione della membrana e l'inizio della contrazione muscolare è la penetrazione di ioni CA++ liberi nello spazio interfibrillare. A riposo, la maggior parte del Ca++ nella fibra muscolare è immagazzinata nel reticolo sarcoplasmatico.

Nel meccanismo della contrazione muscolare, un ruolo speciale è svolto da quella parte del reticolo, che è localizzata nella regione della membrana Z. Microscopicamente elettronicamente, il cosiddetto. triade (sistema T), ciascuno dei quali è costituito da un sottile tubo trasversale, situato centralmente nella regione della membrana Z, che attraversa la fibra, e due cisterne laterali del reticolo sarcoplasmatico, che contengono Ca++ legato. Il PD che si propaga lungo la membrana superficiale viene trasportato in profondità nella fibra lungo i tubuli trasversali delle triadi. Quindi l'eccitazione viene trasmessa alle cisterne, depolarizzando la loro membrana e diventa permeabile al CA++.

È stato stabilito sperimentalmente che esiste una certa concentrazione critica di ioni Ca ++ liberi, alla quale inizia la contrazione delle miofibrille. È uguale a 0,2-1,5 * 10 6 ioni per fibra. Un aumento della concentrazione di Ca ++ fino a 5 * 10 6 provoca già una riduzione massima.

L'inizio della contrazione muscolare è limitato al primo terzo del ginocchio PD ascendente, quando il suo valore raggiunge circa 50 mV. Si ritiene che sia a questa grandezza di depolarizzazione che la concentrazione di Ca ++ diventa la soglia per l'inizio dell'interazione tra actina e miosina.

Il processo di rilascio del Ca++ si interrompe dopo la fine del picco AP. Tuttavia, la riduzione continua a crescere finché non entra in gioco il meccanismo, garantendo il ritorno del Ca++ alle cisterne del reticolo. Questo meccanismo è chiamato "pompa del calcio". Per svolgere il suo lavoro, viene utilizzata l'energia ottenuta dalla scissione dell'ATP.

Nello spazio interfibrillare, Ca ++ interagisce con le proteine ​​che chiudono i centri attivi dei filamenti di actina - troponina e tropomiosina, fornendo un'opportunità per la reazione dei ponti trasversali di miosina e filamenti di actina.

Pertanto, la sequenza degli eventi che portano alla contrazione e poi al rilassamento della fibra muscolare è attualmente tracciata come segue:

15. Affaticamento durante il lavoro muscolare. Le cause della stanchezza. Il concetto di ricreazione attiva.

La fatica è una diminuzione temporanea delle prestazioni di una cellula, di un organo o dell'intero organismo, che si verifica a causa del lavoro e scompare dopo il riposo.

Se un muscolo isolato, a cui è sospeso un piccolo carico, viene irritato a lungo con stimoli elettrici ritmici, l'ampiezza delle sue contrazioni diminuisce gradualmente fino a raggiungere lo zero. Viene registrata una curva di fatica. Insieme a un cambiamento nell'ampiezza delle contrazioni durante l'affaticamento, aumenta il periodo di contrazione latente, il periodo di rilassamento muscolare si allunga e la soglia di irritazione aumenta, ad es. l'eccitabilità diminuisce. Tutti questi cambiamenti non si verificano immediatamente dopo l'inizio del lavoro, c'è un certo periodo durante il quale c'è un aumento dell'ampiezza delle contrazioni e un leggero aumento dell'eccitabilità muscolare. Allo stesso tempo, diventa facilmente estensibile. In questi casi, dicono che il muscolo è "lavorato", cioè si adatta a lavorare in un dato ritmo e forza di irritazione. Dopo un periodo di lavorabilità, inizia un periodo di lavorabilità stabile. Con ulteriore irritazione prolungata, affaticamento delle fibre muscolari.

Una diminuzione delle prestazioni di un muscolo isolato dal corpo durante un'irritazione prolungata è dovuta a due ragioni principali. Il primo di questi è che durante le contrazioni, i prodotti metabolici (acido fosforico, legante Ca ++, acido lattico, ecc.) Si accumulano nel muscolo, che hanno un effetto deprimente sulle prestazioni muscolari. Alcuni di questi prodotti, così come gli ioni Ca, diffondono dalle fibre verso l'esterno nello spazio pericellulare e hanno un effetto deprimente sulla capacità della membrana eccitabile di generare AP. Quindi, se un muscolo isolato, posto in un piccolo volume del fluido di Ringer, viene portato alla completa fatica, allora è sufficiente cambiare la soluzione che lo lava per ripristinare le contrazioni muscolari.

Un altro motivo per lo sviluppo della fatica in un muscolo isolato è il graduale esaurimento delle riserve energetiche in esso. Con un lavoro prolungato, il contenuto di glicogeno nel muscolo diminuisce bruscamente, a seguito del quale i processi di re sintesi di ATP e CF necessari per attuare la riduzione.

Va notato che nelle condizioni naturali dell'esistenza del corpo, l'affaticamento dell'apparato motorio durante il lavoro prolungato si sviluppa in un modo completamente diverso rispetto a un esperimento con un muscolo isolato. Ciò è dovuto non solo al fatto che nel corpo il muscolo viene continuamente rifornito di sangue e, quindi, riceve con esso i nutrienti necessari e viene liberato dai prodotti metabolici. La differenza principale è che nel corpo gli impulsi eccitatori arrivano al muscolo dal nervo. La sinapsi neuromuscolare si stanca molto prima della fibra muscolare, a causa del rapido esaurimento delle riserve di neurotrasmettitori accumulate. Ciò provoca un blocco della trasmissione delle eccitazioni dal nervo al muscolo, che protegge il muscolo dall'esaurimento causato dal lavoro prolungato. In tutto l'organismo, i centri nervosi (contatti nervo-nervosi) si stancano anche prima durante il lavoro.

Ruolo sistema nervoso nella fatica dell'intero organismo è dimostrato da studi sulla fatica nell'ipnosi (kettlebell-basket), che stabiliscono l'influenza del "riposo attivo" sulla fatica, il ruolo del sistema nervoso simpatico (fenomeno di Orbeli-Ginetsinsky), ecc.

L'ergografia viene utilizzata per studiare l'affaticamento muscolare negli esseri umani. La forma della curva di fatica e la quantità di lavoro svolto variano enormemente tra i diversi individui e anche tra lo stesso soggetto in condizioni diverse.

16. Caratteristiche fisiologiche della muscolatura liscia. Tono plastico dei muscoli lisci.

Una proprietà importante della muscolatura liscia è la sua ampiezza plastica , quelli. la capacità di mantenere la lunghezza data dallo stretching senza modificare lo stress. Il muscolo scheletrico, d'altra parte, si accorcia immediatamente dopo lo scarico. La muscolatura liscia rimane tesa fino a quando, sotto l'influenza di qualsiasi irritazione, si verifica la sua contrazione attiva. La proprietà della plasticità è di grande importanza per la normale attività degli organi cavi: grazie ad essa, la pressione all'interno dell'organo cavo cambia relativamente poco con diversi gradi di riempimento.

Esistono diversi tipi di muscolatura liscia. Nelle pareti della maggior parte degli organi cavi sono presenti fibre muscolari lunghe 50-200 micron e di diametro 4-8 micron, che sono molto vicine tra loro, e quindi, esaminandole al microscopio, sembra che costituiscano morfologicamente una totale. L'esame al microscopio elettronico mostra, tuttavia, che sono separati l'uno dall'altro da spazi intercellulari, la cui larghezza può essere pari a 600-1500 angstrom. Nonostante ciò, la muscolatura liscia funziona nel suo insieme. Ciò si esprime nel fatto che AP e onde lente di depolarizzazione si propagano liberamente da una fibra all'altra.

In alcuni muscoli lisci, ad esempio, nel muscolo ciliare dell'occhio o nei muscoli dell'iride, le fibre si trovano separatamente e ognuna ha la propria innervazione. Nella maggior parte dei muscoli lisci, le fibre nervose motorie si trovano solo su un piccolo numero di fibre.

Il potenziale di riposo delle fibre muscolari lisce, che sono automatiche, mostra piccole fluttuazioni costanti. Il suo valore con piombo intracellulare è pari a 30-70 mV. Il potenziale di riposo delle fibre muscolari lisce non automatiche è stabile e pari a 60-70 mV. In entrambi i casi, il suo valore è inferiore al potenziale di riposo del muscolo scheletrico. Ciò è dovuto al fatto che la membrana delle fibre muscolari lisce a riposo è caratterizzata da una permeabilità relativamente elevata agli ioni Na. Anche i potenziali d'azione nel muscolo liscio sono leggermente inferiori rispetto al muscolo scheletrico. L'eccesso sul potenziale di riposo non è superiore a 10-20 mV.

Il meccanismo ionico della comparsa del morbo di Parkinson nei muscoli lisci è in qualche modo diverso da quello nei muscoli scheletrici. Si è riscontrato che la depolarizzazione rigenerativa della membrana, che è alla base del potenziale d'azione in un certo numero di muscoli lisci, è associata ad un aumento della permeabilità di membrana per gli ioni Ca++, piuttosto che per Na+.

Molti muscoli lisci sono caratterizzati da un'attività spontanea e automatica. È caratterizzato da una lenta diminuzione del potenziale di membrana a riposo, che, al raggiungimento di un certo livello, è accompagnata dall'insorgenza di PD.

Nelle fibre nervose e muscolari scheletriche, l'eccitazione si diffonde attraverso correnti elettriche locali che sorgono tra le sezioni di riposo depolarizzate e adiacenti della membrana cellulare. Lo stesso meccanismo è inerente alla muscolatura liscia. Tuttavia, a differenza del muscolo scheletrico, nel muscolo liscio, un potenziale d'azione che si verifica in una fibra può propagarsi alle fibre adiacenti. Ciò è dovuto al fatto che nella membrana delle cellule muscolari lisce nell'area dei contatti con le cellule vicine ci sono aree di resistenza relativamente bassa, attraverso le quali gli anelli di corrente che si sono formati in una fibra, passano facilmente a quelli vicini, provocando la depolarizzazione delle loro membrane. In questo senso, il muscolo liscio è simile al muscolo cardiaco. L'unica differenza è che l'intero muscolo è eccitato da una cellula del cuore e nei muscoli lisci l'AP, che è sorto in un'area, si diffonde da esso solo a una certa distanza, che dipende dalla forza dello stimolo applicato.

Un'altra caratteristica essenziale della muscolatura liscia è che la diffusione dell'AP avviene verso il basso solo se lo stimolo applicato eccita simultaneamente un certo numero minimo di cellule muscolari. Questa "zona critica" ha un diametro di circa 100 micron, che corrisponde a 20-30 celle parallele. La velocità di conduzione dell'eccitazione in vari muscoli lisci varia da 2 a 15 cm / sec. quelli. significativamente inferiore rispetto al muscolo scheletrico.

Così come nei muscoli scheletrici, nei potenziali d'azione lisci hanno un valore di partenza per l'inizio del processo contrattile. La connessione tra eccitazione e contrazione viene anche qui effettuata con l'aiuto di Ca ++. Tuttavia, nelle fibre muscolari lisce, il reticolo sarcoplasmatico è scarsamente espresso, quindi il ruolo principale nel meccanismo di contrazione è assegnato a quegli ioni Ca ++ che penetrano nella fibra muscolare durante la generazione di AP.

Con un'elevata forza di un singolo stimolo, può verificarsi la contrazione della muscolatura liscia. Il periodo di latenza della sua contrazione è molto più lungo di quello scheletrico, raggiungendo 0,25-1 sec. Anche la durata della contrazione stessa è lunga - fino a 1 minuto. Il rilassamento procede particolarmente lentamente dopo la contrazione. L'onda di contrazione si propaga lungo i muscoli lisci alla stessa velocità dell'onda di eccitazione (2-15 cm/sec). Ma questa lentezza dell'attività contrattile si combina con una grande forza di contrazione della muscolatura liscia. Quindi, i muscoli dello stomaco degli uccelli sono in grado di sollevare 2 kg per 1 mmq. la sua sezione trasversale.

A causa della lentezza della contrazione, la muscolatura liscia, anche con rari stimoli ritmici (10-12 al minuto), passa facilmente in uno stato prolungato di contrazione persistente, che ricorda il tetano del muscolo scheletrico. Tuttavia, i costi energetici associati a questa riduzione sono molto bassi.

La capacità di automatizzare i muscoli lisci è inerente alle loro fibre muscolari ed è regolata da elementi nervosi che si trovano nelle pareti degli organi muscolari lisci. La natura miogenica dell'automazione è stata dimostrata da esperimenti su strisce di muscoli della parete intestinale, liberate da elementi nervosi. La muscolatura liscia reagisce a tutte le influenze esterne modificando la frequenza dei ritmi spontanei, che si traduce in contrazioni muscolari o rilassamento. L'effetto di irritazione della muscolatura liscia dell'intestino dipende dal rapporto tra la frequenza di stimolazione e la frequenza naturale del ritmo spontaneo: con un tono basso - raro AP spontaneo - la stimolazione applicata aumenta il tono, con un tono alto in risposta all'irritazione, si verifica il rilassamento, poiché un aumento eccessivo degli impulsi porta al fatto che ogni impulso successivo cade nella fase di refrattarietà dal precedente.

17. La struttura e la funzione delle fibre nervose. Il meccanismo dell'eccitazione

fibre nervose mielinizzate e non mielinizzate. Il significato delle intercettazioni di Ranvier.

La funzione principale degli assoni è quella di condurre gli impulsi che si verificano in un neurone. Gli assoni possono essere ricoperti da guaina mielinica (fibre mieliniche) o privi di essa (fibre prive di mielina). Le fibre mieliniche sono più comuni nei nervi motori, mentre le fibre prive di mielina predominano nel sistema nervoso autonomo.

Una fibra nervosa mielinizzata separata è costituita da un cilindro assiale ricoperto da una guaina mielinica formata da cellule di Schwann. Il cilindro assiale ha una membrana e un axoplasma. La guaina mielinica è un prodotto dell'attività della cellula di Schwann ed è costituita per l'80% da lipidi ad alta resistenza ohmica e per il 20% da proteine.

La guaina mielinica non ricopre il cilindro assiale con un rivestimento continuo, ma si interrompe lasciando aree aperte del cilindro assiale, dette intercettazioni nodali (intercettazioni di Ranvier). La lunghezza delle sezioni tra queste intercettazioni è diversa e dipende dallo spessore della fibra nervosa: più è spessa, maggiore è la distanza tra le intercettazioni (Fig. 2.17).

Le fibre nervose prive di mielina sono coperte solo dalla guaina di Schwann.

La conduzione dell'eccitazione nelle fibre prive di mielina differisce da quella nelle fibre di mielina a causa della diversa struttura delle membrane. Nelle fibre prive di mielina, l'eccitazione copre gradualmente le sezioni adiacenti della membrana del cilindro assiale e quindi si diffonde fino all'estremità dell'assone. La velocità di propagazione dell'eccitazione lungo la fibra è determinata dal suo diametro.

Nelle fibre nervose prive di mielina, dove i processi metabolici non forniscono una rapida compensazione del dispendio energetico per l'eccitazione, la propagazione di questa eccitazione procede con un graduale indebolimento - con un decremento. La conduzione decrementale dell'eccitazione è caratteristica di un sistema nervoso poco organizzato.

Negli animali superiori, grazie soprattutto alla presenza della guaina mielinica e al perfezionamento del metabolismo nella fibra nervosa, l'eccitazione passa senza smorzamento, senza decremento. Ciò è facilitato dalla presenza di una carica uguale lungo l'intera lunghezza della membrana e dal suo rapido recupero dopo il passaggio dell'eccitazione.

Nelle fibre di mielina, l'eccitazione copre solo le aree delle intercettazioni nodali, cioè aggira le aree ricoperte di mielina. Questa conduzione di eccitazione lungo la fibra è chiamata salatorio (intermittente). Nelle intercettazioni nodali, il numero di canali del sodio raggiunge i 12.000 per 1 µm, che è significativamente più che in qualsiasi altra parte della fibra. Di conseguenza, le intercettazioni nodali sono le più eccitabili e forniscono un alto tasso di conduzione dell'eccitazione. Il tempo di conduzione dell'eccitazione lungo la fibra mielinica è inversamente proporzionale alla lunghezza tra le intercettazioni.

La conduzione dell'eccitazione lungo la fibra nervosa non viene disturbata per un lungo (molte ore). Questo indica un basso affaticamento della fibra nervosa. Si ritiene che la fibra nervosa sia relativamente instancabile a causa del fatto che i processi di risintesi dell'energia in essa procedono a una velocità sufficientemente elevata e riescono a ripristinare lo spreco di energia che si verifica durante il passaggio dell'eccitazione.

Al momento dell'eccitazione, l'energia della fibra nervosa viene spesa per il lavoro della pompa sodio-potassio. Nelle intercettazioni di Ranvier si verificano dispendi di energia particolarmente elevati a causa dell'elevata densità di canali sodio-potassio qui.

J. Erlanger e H. Gasser (1937) furono i primi a classificare le fibre nervose ps della velocità di eccitazione. La diversa velocità di conduzione dell'eccitazione lungo le fibre del nervo misto si ha quando si usa un elettrodo extracellulare. I potenziali delle fibre che conducono l'eccitazione a velocità diverse sono registrati separatamente (Fig. 2.18).

A seconda della velocità di eccitazione, le fibre nervose sono divise in tre tipi: A, B, C. A loro volta, le fibre di tipo A sono divise in quattro gruppi: A α , UN β , UN γ , UN δ . La più alta velocità di conduzione (fino a 120 m / s) è posseduta dalle fibre del gruppo A α , che è costituito da fibre con un diametro di 12-22 micron. Altre fibre hanno un diametro inferiore e, di conseguenza, la conduzione dell'eccitazione attraverso di esse avviene a una velocità inferiore (Tabella 2.4).

Si forma il tronco nervoso un largo numero fibre, tuttavia, l'eccitazione che attraversa ciascuna di esse non viene trasmessa a quelle vicine. Questa caratteristica della conduzione dell'eccitazione lungo il nervo è chiamata la legge della conduzione isolata dell'eccitazione su una fibra nervosa separata. La possibilità di tale condotta è di grande importanza fisiologica, poiché prevede, ad esempio, l'isolamento della contrazione di ciascuna unità neuromotoria.

La capacità di una fibra nervosa di condurre l'eccitazione isolatamente è dovuta alla presenza di guaine, nonché al fatto che la resistenza del fluido che riempie gli spazi interfibra è molto inferiore alla resistenza della membrana della fibra. Pertanto, la corrente in uscita dalla fibra eccitata viene deviata nel liquido e risulta essere debole per eccitare le fibre vicine. Un prerequisito la conduzione dell'eccitazione in un nervo non è solo la sua continuità anatomica, ma anche l'integrità fisiologica. In qualsiasi conduttore metallico, la corrente elettrica scorre finché il conduttore mantiene la continuità fisica. Per il nervo "conduttore" questa condizione non basta: la fibra nervosa deve anche mantenere l'integrità fisiologica. Se le proprietà della membrana della fibra vengono violate (bendaggio, blocco con novocaina, ammoniaca, ecc.), La conduzione dell'eccitazione lungo la fibra si interrompe. Un'altra proprietà caratteristica della conduzione dell'eccitazione lungo la fibra nervosa è la capacità di condurre bilateralmente. L'applicazione di irritazione tra due elettrodi di piombo sulla superficie della fibra genererà potenziali elettrici sotto ciascuno di essi.

Tabella- La velocità di conduzione dell'eccitazione lungo le fibre nervose

Gruppo di fibre	Diametro della fibra, μm	Velocità di conduzione, m / s

18. Leggi di conduzione dell'eccitazione lungo i nervi. Classificazione delle fibre nervose. Il tasso di conduzione dell'eccitazione lungo le fibre nervose, le sue caratteristiche di età.

19. La struttura della sinapsi neuromuscolare. Il meccanismo di trasmissione dell'eccitazione da un nervo a un muscolo.Potenziale di piastra terminale, sue proprietà.

Le sinapsi sono i contatti che stabiliscono i neuroni come educazione indipendente... Una sinapsi è una struttura complessa e consiste in una parte presinaptica (l'estremità di un assone che trasmette un segnale), una fessura sinaptica e una parte postsinaptica (una struttura di una cellula ricevente).

Le sinapsi neuromuscolari forniscono la conduzione dell'eccitazione dalla fibra nervosa a quella muscolare grazie al mediatore acetilcolina, che, quando le terminazioni nervose sono eccitate, passa nella fessura sinaptica e agisce sulla placca terminale della fibra muscolare.

Nel terminale presinaptico si forma acetilcolina e si accumula sotto forma di bolle. Quando eccitato da un impulso elettrico che viaggia lungo l'assone, la parte presinaptica della sinapsi, la sua membrana diventa permeabile all'acetilcolina.

Questa permeabilità è possibile a causa del fatto che a causa della depolarizzazione della membrana presinaptica si aprono i suoi canali del calcio. Lo ione Ca2 + entra nella parte presinaptica della sinapsi dalla fessura sinaptica. L'acetilcolina viene rilasciata ed entra nella fessura sinaptica. Qui interagisce con i suoi recettori nella membrana postsinaptica appartenente alla fibra muscolare. Quando eccitati, i recettori aprono un canale proteico integrato nello strato lipidico della membrana. Attraverso il canale aperto, gli ioni Na + penetrano nella cellula muscolare, il che porta alla depolarizzazione della membrana cellulare muscolare, a seguito della quale si sviluppa il cosiddetto potenziale di placca terminale (EPP). Poiché questo potenziale è normalmente sempre al di sopra della soglia, provoca un potenziale d'azione che si propaga lungo la fibra muscolare e provoca la contrazione. Il potenziale della piastra terminale è breve, poiché l'acetilcolina, in primo luogo, si stacca rapidamente dai recettori e, in secondo luogo, l'AChE viene idrolizzato.

La sinapsi neuromuscolare trasmette l'eccitazione in una direzione: dalla terminazione nervosa alla membrana postsinaptica della fibra muscolare, che è dovuta alla presenza di un legame chimico nel meccanismo di trasmissione neuromuscolare.

La velocità di conduzione dell'eccitazione attraverso la sinapsi è molto più bassa che lungo la fibra nervosa, poiché qui viene speso tempo per attivare la membrana presinaptica, il passaggio del calcio attraverso di essa, il rilascio di acetilcolina nella fessura sinaptica, la depolarizzazione della membrana postsinaptica e lo sviluppo del PPE.

Obbiettivo: mostrano che la membrana cellulare ha permeabilità selettiva. Dimostrare il ruolo della membrana nel processo di fagocitosi e pinocitosi.

Attrezzatura: microscopi, coprioggetto e vetrini, bisturi, aghi da dissezione, bicchieri per acqua e soluzioni, carta da filtro, pipette, inchiostro. Coltura di ciliati, amebe, foglia di elodea. Soluzioni di NaCl o KCl, soluzioni di CaCl o MgCl, soluzione di albumina al 2%, soluzione di NaCl al 10%, acqua distillata.

Progresso:

Metti i ciliati in una soluzione debole di NaCl o KCl. Preparare un vetrino da microscopio. Si può osservare il restringimento delle cellule, che indica la permeabilità della parete cellulare. In questo caso, l'acqua della cella viene rilasciata nell'ambiente. Trasferire le cellule in una goccia di acqua distillata o estrarre la soluzione da sotto il coprioggetto utilizzando carta da filtro e sostituirla con acqua distillata. Osserva come le cellule si gonfiano a causa dell'ingresso di acqua in esse.

Mettere i ciliati in una soluzione a bassa concentrazione di CaCl o MgCl (la stessa della soluzione precedente). I ciliati continuano a vivere, non si osservano deformazioni. Gli ioni Ca e Mg diminuiscono la permeabilità della membrana cellulare, in contrasto con gli ioni Na e K. Non c'è movimento dell'acqua attraverso il guscio.

Mettere le amebe in una goccia di soluzione di albumina al 2% (albume d'uovo di gallina). Preparare un vetrino da microscopio. Dopo un po ', sulla superficie delle amebe iniziano a formarsi bolle, sporgenze, tubuli. Si ha l'impressione che la superficie delle amebe stia "bollendo". Questo è accompagnato da un intenso movimento del fluido sulla superficie della membrana. Le bolle liquide sono circondate da sporgenze citoplasmatiche. Che poi chiude. Le vescicole pinocitiche a volte compaiono improvvisamente, il che indica la rapida cattura di una gocciolina di liquido insieme a una sostanza solubile in essa.

Metti le amebe nella soluzione di zucchero. Non c'è pinocitosi. La pinocitosi è causata solo da sostanze che abbassano la tensione superficiale della membrana cellulare, ad esempio amminoacidi, alcuni sali. In una goccia di liquido contenente ameba, aggiungi un po' di mascara finemente macinato. Preparare un vetrino da microscopio. Dopo un po', le amebe iniziano a muoversi lentamente verso i grani della carcassa, liberando pseudopodi. I grani di carcassa si attaccano alla superficie degli pseudopodi, quindi li circondano lentamente e dopo un po' vengono immersi nel citoplasma. Osserva il fenomeno della fagocitosi nell'ameba al microscopio.

Nel citoplasma delle cellule di elodea sono visibili molti corpi verdi rotondi-ovali: questi sono cloroplasti. Esaminare le cellule vicino alla vena centrale della foglia. Possono rilevare il movimento del citoplasma e dei plastidi lungo le pareti. Se il movimento è impercettibile, riscaldare il farmaco sotto una lampada elettrica.

Disegna tutto ciò che hai visto sulle microslitte. Discuti i processi che hai visto nei gruppi, prova a spiegarli.

Lavoro di laboratorio identificazione di aromorfosi e idioadattamenti in piante e animali

Obbiettivo: mostrare con esempi specifici l'origine di grandi gruppi sistematici attraverso l'aromorfosi, conoscere esempi di possibili idioadattamenti degli organismi (degenerazioni), rivelare l'influenza dell'attività umana sulle principali direzioni dell'evoluzione organica

Attrezzatura: erbari di piante (muschio, piantaggine, conifere, angiosperme), piante con spine, palombo (spina di cammello, rosa canina), disegni di becco e zampe di uccelli, animali con colorazione protettiva (mascheramento), pastinaca.

Progresso:

Analizzando le caratteristiche principali di spore, gimnosperme e angiosperme, per comprendere le aromorfosi delle piante

Determinare l'idioadattamento da parte della spina della pianta e delle fibre ghiandolari

Trattare con esempi di idioadattamento: la struttura del becco e delle zampe di uccelli che vivono in varie condizioni ambientali

Identificare le cause dell'idioadattamento nella struttura del pesce pastinaca

1. Gli studenti hanno le capacità per stabilire relazioni di causa ed effetto.

2. Gli oggetti biologici sono considerati sistemi biologici.

3. Possedere le competenze per risolvere i problemi della parte C dei KIM dell'esame.

Lavoro di laboratorio. Argomento. Rilevazione di proteine ​​in oggetti biologici.

Obbiettivo. Dimostrare la presenza di proteine ​​negli oggetti biologici.

Attrezzatura.

Portaprovette, pipetta, bagnomaria, contagocce.

Soluzione di albume d'uovo, soluzione di NaOH al 10%, solfato di rame all'1%, ninidrina (soluzione acquosa allo 0,5%), acido nitrico (concentrato).

Reazione del biureto alla determinazione legame peptidico... Il metodo si basa sulla capacità di un legame peptidico in un mezzo alcalino di formare composti complessi colorati con solfato di rame.

Progresso.

1.In una provetta aggiungere 5 gocce di albume all'1% (la proteina viene filtrata attraverso una garza, quindi diluita con acqua distillata 1:10), tre gocce di soluzione di idrossido di sodio al 10% e 1 goccia di soluzione di solfato di rame all'1% e mescolare.

Il contenuto della provetta diventa blu-viola.

Reazione della ninidrina. Proteine, polipeptidi e aminoacidi liberi danno un colore blu o viola con la ninidrina.

Progresso.

1.Prendere 5 gocce di una soluzione di albume al 10%, aggiungere 5 gocce di una soluzione acquosa allo 0,5% di ninidrina e scaldare.

Dopo 2-3 minuti si sviluppa un colore rosa o blu-viola.

Reazione xantoproteina (greco xantos - giallo) Con l'aiuto di questa reazione, gli amminoacidi ciclici si trovano nella proteina, che contengono anelli benzenici (triptofano, tirosina e altri).

Progresso.

1,5 gocce di soluzione di albume all'1%, aggiungere 3 gocce di acido nitrico concentrato (con cautela) e scaldare. Dopo il raffreddamento, aggiungere nella provetta gocce di soluzione di idrossido di sodio al 10% fino a quando non appare un colore arancione (è associato alla formazione del sale sodico di questi nitrocomposti).

Lavoro di laboratorio. Argomento. Rilevazione di carboidrati in oggetti biologici.

Obbiettivo. Dimostrare la presenza di carboidrati negli oggetti biologici.

Attrezzatura. Portaprovette. Pipette, bagnomaria.

Soluzione di amido all'1%, soluzione di saccarosio all'1%, soluzione di fruttosio all'1%, soluzione di iodio all'1% disciolta in ioduro di potassio, naftolo sciolto in alcol 50 mm (prima di bere, diluito 5 volte con acqua), soluzione alcolica all'1%, timolo.

Acido solforico concentrato, reattivo di Selivanov: 0,5 g di resorcina sciolti in 100 ml di acido cloridrico al 20%

Rilevamento dell'amido.

Progresso.

1. In una provetta aggiungere 10 gocce di soluzione di amido all'1% e una goccia di soluzione di iodio all'1% in ioduro di potassio.

Si osserva una colorazione blu-viola.

Rilevazione di carboidrati.

Per reazione con naftolo o timolo, si trovano piccole quantità di carboidrati o componenti di carboidrati in composti complessi.

Progresso.

1. In due provette aggiungere 10 gocce di soluzione di saccarosio all'1%.

Aggiungere 3 gocce di soluzione alcolica all'1% di naftolo a una. In un'altra provetta - 3 gocce di una soluzione alcolica all'1% di timolo. In entrambi (con attenzione) versare 0,5 ml di acido solforico concentrato e al confine dei due liquidi osservare la colorazione viola in provetta con naftolo e rossa in provetta con timolo.

Rilevazione del fruttosio (reazione di Selivanov).

Il fruttosio, riscaldato con acido cloridrico e resorcina, conferisce un colore rosso ciliegia.

Progresso.

1.Versare 10 gocce del reagente di Selivanov 2 gocce di soluzione di fruttosio all'1% in una provetta e scaldare delicatamente (apparirà un colore rosso).

Lavoro di laboratorio. Argomento. Rilevazione di lipidi in oggetti biologici.

Obbiettivo. Dimostrare la presenza di lipidi negli oggetti biologici.

Attrezzatura.

1. Treppiede con provette, bagnomaria, pipetta, bicchieri di vetro, bastoncini, garza.

2. Letticina, soluzione alcolica (tuorlo d'uovo di gallina), colesterolo, soluzione di cloroformio all'1%, acido solforico concentrato, acetone.

Rilevazione di lecitina.

La lecitina appartiene al gruppo dei fosfolipidi, fa parte delle membrane cellulari. Costituisce la maggior parte del tessuto cerebrale.

Progresso.

1.Versare 10 gocce di acetone in una provetta asciutta; mettere in un bicchiere? tuorlo d'uovo di gallina.

Mescolando con un bastoncino, aggiungere goccia a goccia 40 ml di alcool caldo.

Quando la soluzione si è raffreddata, filtrarla in una provetta asciutta. Il filtrato dovrebbe essere limpido. Il reagente deve essere preparato prima dell'uso. Si forma un precipitato bianco.

Rilevazione del colesterolo.

Il colesterolo è una sostanza simile al grasso di grande importanza per l'organismo. Entra nelle membrane di molti organi e tessuti, è un precursore degli acidi biliari, della vitamina D, degli ormoni sessuali, degli ormoni della corteccia surrenale. La reazione si basa sulla sua capacità di rilasciare acqua e condensare in composti colorati.

Progresso.

1.Versare 10 gocce di soluzione cloroformica di colesterolo all'1% in una provetta asciutta e versare (con cautela) 0,5 ml di acido solforico concentrato lungo la parete del recipiente. Agitare (delicatamente) Appare una colorazione rosso-arancio dello strato superiore di cloroformio.

Lavoro di laboratorio. Argomento. Evidenze del funzionamento delle proteine ​​come biocatalizzatori (enzimi).

Obbiettivo. Per dimostrare l'azione catalitica delle proteine ​​enzimatiche, per mostrare la loro elevata specificità, la più alta attività nell'ambiente fisiologico.

Attrezzatura. Rack con provette, pipette da 1 ml, bagnomaria, termostato.

Soluzione di amido all'1%, soluzione di saccarosio, soluzione di iodio all'1% in ioduro di potassio, soluzione di solfato di rame al 5%, soluzione di idrossido di sodio al 10%, soluzione di saccarosio al 2%, soluzione di acido cloridrico allo 0,2%.

Progresso.

1. Idrolisi enzimatica dell'amido.

L'amilasi salivare agisce come un enzima che idrolizza l'amido nelle sue parti costituenti (maltosio, glucosio). La valutazione dei risultati dell'esperimento viene effettuata utilizzando reazioni di colore con iodio della reazione di Trommer.

L'amido non idrolizzato dà una colorazione blu con iodio e una reazione di Trommer negativa. I prodotti di idrolisi dell'amido non reagiscono con lo iodio, ma reagiscono positivamente al reagente di Trommer.

1. Versare 10 gocce di soluzione di amido all'1% in due provette.

2. In uno di essi (provetta n. 1) aggiungere 4 gocce d'acqua (controllo).

Nella seconda (provetta n. 2) aggiungere 4 gocce di soluzione di saliva, diluire la saliva 5 volte.

3. Mescolare e mettere a bagnomaria o termostato per 15 minuti. a 37 gradi. CON.

4. Prendere 4 gocce della sostanza in esame dalla provetta e aggiungerle a 2 provette diverse.

5. In uno aggiungere una goccia di una soluzione all'1% di iodio in ioduro di potassio.

All'altro aggiungere una goccia di soluzione di solfato di rame al 5% e 4 gocce di soluzione di idrossido di sodio al 10% e portare ad ebollizione dolcemente (reazione di Trommer).

6. Eseguiamo esattamente lo stesso con il contenuto della provetta n. 2. Il risultato dovrebbe mostrare che in presenza di acqua non si verifica l'idrolisi dell'amido e la reazione con lo iodio dovrebbe essere positiva. La reazione di Trommer è negativa (l'idrossido di ossido di rame è blu). In presenza di amilasi salivare, i risultati dovrebbero essere opposti, poiché si è verificata l'idrolisi dell'amido.

Non c'è stata reazione con lo iodio e nella reazione di Trommer si è verificato un colore rosso mattone (ossido di rame I).

II. Specificità dell'azione enzimatica.

Ogni enzima agisce su una sola sostanza o su un gruppo di substrati simili. Ciò è dovuto alla corrispondenza della struttura dell'enzima, del suo centro attivo e della struttura del substrato. Ad esempio, l'amilasi agisce solo sull'amido.

Preparazione del saccarosio.

Macinare 1.100 g di lievito e aggiungere acqua (400 ml), dopo 2 ore filtrare e conservare in frigorifero.

2. In due provette (n. 1 e n. 2) aggiungere 10 gocce di soluzione di amido all'1% ciascuna.

Aggiungere 10 gocce di soluzione di saccarosio al 2% alle provette n. 3 e n. 4.

3. Nelle provette n. 1 e n. 3 aggiungere 4 gocce di soluzione di saliva, diluita 5 volte.

Aggiungere 4 gocce di saccarosio alle provette n. 2 e n. 4.

4. Mescolare e lasciare in un termostato per 15 minuti a una temperatura di 37 gradi. CON.

5. Quindi, con il contenuto di tutte e quattro le provette, eseguire le reazioni con iodio e Trommer

Determinazione della specificità dell'azione enzimatica

Nelle conclusioni, va notato in quale provetta e in quali condizioni è stata rilevata l'azione dell'enzima e perché.

III. L'influenza del pH del mezzo sull'attività degli enzimi.

Per ogni enzima esiste un certo valore della reazione dell'ambiente, al quale mostra la massima attività. Una variazione del pH del terreno provoca una diminuzione o una completa inibizione dell'attività enzimatica.

1.Aggiungere 1 ml di acqua distillata in 8 provette.

2. Aggiungere 1 ml di soluzione di acido cloridrico allo 0,2% nella provetta n. 1. Mescolare.

3. Prendere un ml della miscela dalla provetta n. 1 e trasferirlo nella provetta n. 2. Mescolare, versare 1 ml e trasferire nella provetta n. 3, ecc.

4. Prendere 1 ml dalla provetta n. 8 e gettare. Otteniamo diverso pH dell'ambiente.

4. In ogni provetta aggiungere 2 ml di soluzione di amido all'1% e 1 ml di soluzione di saliva diluita 1:10.

5. Agitare le provette e porre in un termostato per 15 minuti a 37 gradi. CON.

6. Raffreddare e aggiungere una goccia di soluzione all'1% di iodio in ioduro di potassio a tutte le provette.

L'idrolisi completa avverrà nelle provette n. 5 e n. 6, dove il pH del mezzo di soluzione è compreso tra 6,8 e 7,2, cioè ottimale per l'azione dell'amilasi.

Lavoro di laboratorio. Argomento. Isolamento della deossinucleoproteina dal tessuto della milza (fegato). Reazione qualitativa sul DNA.

Obbiettivo. Dimostrare che una grande quantità di acidi nucleici è contenuta sotto forma di un composto con proteine ​​(desossinucleoproteina - DNP), in tessuti ricchi di nuclei (milza, ghiandola del timo).

Attrezzatura. Rack con provette, mortaio e pestello, polvere di vetro, pipetta, cristallizzatore, cilindri graduati da 50 ml e 300 ml, pipette da 1 ml, bastoncini di legno dentellati, bagnomaria, garza filtrante, cloruro di sodio, soluzione al 5%, contenente sodio trisostituito allo 0,04% nitrato, soluzione di idrossido di sodio allo 0,4%, reagente alla difenilammina (sciogliere 1 g di difenilammina in 100 ml di acido acetico glaciale. Aggiungere alla soluzione 2,75 ml di acido concentrato), milza (fegato fresco o lievito congelato a RNA, soluzione allo 0,1% appena preparata .

Progresso.

1. Isolamento della desossinucleoproteina (DNP) dal tessuto della milza (fegato).

Il metodo si basa sulla capacità del DNP di dissolversi in soluzioni saline ad elevata forza ionica e di precipitare quando la loro concentrazione diminuisce.

Macinare accuratamente 2 - 3 g di tessuto di milza in un mortaio con polvere di vetro, aggiungendo gradualmente un ml di soluzione di cloruro di sodio.

Filtrare la soluzione viscosa risultante attraverso due strati di garza in un cristallizzatore. Utilizzare un cilindro per misurare sei volte (rispetto al filtrato) il volume di acqua distillata e versare lentamente nel filtrato.

Avvolgere con cura i fili DNP formati su un bastoncino di legno, trasferirli in una provetta per l'uso.

2. Reazione qualitativa al DNA.

Il metodo si basa sulla capacità del desossiribosio, che è incluso nel DNA della desossiribonucleoproteina, di formare composti blu con la difenilammina quando riscaldato in un mezzo che contiene una miscela di acido acetico glaciale e acido solforico concentrato.

Con l'RNA ribosio, una reazione simile dà una colorazione verde.

Aggiungere 1 ml di soluzione di idrossido di sodio 0,4% a 1/4 del sedimento DNP (fino a dissoluzione) Aggiungere 0,5% ml di reagente difenilammina. Mescolare il contenuto della provetta e metterlo a bagnomaria bollente per minuti).

Eseguire una reazione simile in un'altra provetta con 1 ml di soluzione di RNA.

Notare la colorazione caratteristica.

Lavoro di laboratorio. Argomento. Proprietà fisiologiche della membrana cellulare.

Obbiettivo. Dimostrare che la membrana cellulare è selettivamente permeabile. Dimostrare visivamente il ruolo della membrana nel processo di fagocitosi e pinocitosi, oltre a familiarizzare con la plasmolisi cellulare, il processo di separazione del protoplasto (contenuto cellulare) dalle pareti cellulari.

Attrezzatura.

Microscopi, coprioggetto e vetrini, bisturi, aghi da dissezione, carta da filtro, pipette, inchiostro.

Coltura di ciliati o coltura tissutale su terreno nutritivo, coltura di amebe, pezzi di pianta elodea.

Soluzioni di cloruro di potassio, cloruro di calcio, soluzioni di cloruro di magnesio, soluzione di albumina al 2%, soluzione di cloruro di sodio al 10%, acqua distillata.

Progresso.

1.In una soluzione debole di cloruro di sodio o di potassio, posizionare ciliati o pezzi di tessuto coltivato.

2. Preparare una preparazione per il microscopio.

3. Si può osservare un restringimento cellulare, che indica la permeabilità della membrana cellulare. In questo caso, l'acqua della cella viene rilasciata nell'ambiente.

4. Trasferire le cellule in una goccia di acqua distillata o aspirare la soluzione da sotto il vetro di copertura utilizzando carta da filtro e sostituirla con acqua distillata. Osserva come le cellule si gonfiano quando l'acqua entra in esse.

5. Collocare ciliati o pezzi di tessuto coltivato in una soluzione di cloruro di calcio o cloruro di magnesio a bassa concentrazione.

I ciliati e le cellule in coltura continuano a vivere. Gli ioni calcio e magnesio riducono la permeabilità della membrana cellulare. Il movimento dell'acqua attraverso il guscio non si verifica.

6. Mettere le amebe in una goccia di soluzione di albumina al 2% (albume d'uovo di gallina).

Preparare una preparazione per il microscopio. Dopo un po ', sulla superficie delle amebe si formano bolle, sporgenze, tubuli. Sembra che la superficie dell'ameba stia "bollendo". Questo è accompagnato da un intenso movimento del fluido sulla superficie della membrana.

Le bolle liquide sono circondate da sporgenze citoplasmatiche, che poi si chiudono. Le vescicole pinocitiche a volte compaiono all'improvviso. Ciò suggerisce che le goccioline liquide, insieme a una sostanza solubile in essa, vengono rapidamente catturate. La pinocitosi è causata da sostanze che abbassano la tensione superficiale della membrana cellulare. Ad esempio, amminoacidi, alcuni sali.

7. In una goccia di liquido contenente ameba, aggiungi un po' di mascara. Prepara il farmaco. Dopo un po', le amebe iniziano a muoversi lentamente verso i grani della carcassa, liberando pseudopodi (pseudopodi).

I grani di carcassa sono attaccati alla superficie degli pseudopodi, circondati da essi, e dopo un po' sono immersi nel citoplasma.

Al microscopio si osserva il fenomeno della fagocitosi nell'ameba.

Requisiti primari.

Gli studenti dovrebbero sapere:

1.dispositivo del microscopio e lavorarci;

2. la posizione della teoria cellulare;

3. la somiglianza e la differenza tra cellule vegetali e animali;

4. il ruolo delle sostanze chimiche e dei composti nella cellula;

5. principali componenti e organelli della cellula;

6.caratteristiche di procarioti ed eucarioti;

7. patologia del metabolismo delle proteine, dei carboidrati;

8. Il valore dei singoli elementi minerali.

Gli studenti dovrebbero essere in grado di:

1. lavorare con un microscopio;

2. nominare le parti principali della cella, "riconoscerle" sul diagramma, fotografare;

3. effettuare i preparativi più semplici per l'esame microscopico;

5. lavorare in modo indipendente con ulteriore letteratura e utilizzare le moderne tecnologie.

Risolvere problemi di biologia molecolare e genetica

Corso opzionale

Nota esplicativa

Il programma del corso facoltativo è progettato per gli studenti di grado 11 ed è progettato per 17 ore.

Gli argomenti "Biologia Molecolare" e "Genetica" sono gli argomenti più interessanti e complessi del corso " Biologia generale". Questi argomenti sono studiati sia al 9° che all'11° anno, ma chiaramente non c'è abbastanza tempo per esercitare la capacità di risolvere i problemi nel programma. Tuttavia, la capacità di risolvere problemi di genetica e biologia molecolare è prevista dallo Standard educazione biologica; inoltre, tali compiti fanno parte del KIM USE (compiti n. 5 e n. 6 nella parte C).

Lo scopo del corso opzionale: creare le condizioni per la formazione della capacità degli studenti di risolvere problemi di biologia molecolare e genetica di vario grado di complessità.

una breve ripetizione del materiale studiato sui temi "Biologia Molecolare" e "Genetica"; identificare e colmare le lacune nella conoscenza degli studenti per argomento curriculum scolastico, nonché nella capacità di risolvere i problemi; insegnare agli studenti a risolvere problemi di biologia molecolare e genetica di maggiore complessità.

Programma del corso a scelta

1. Introduzione. Proteine: aggiornamento delle conoscenze sull'argomento (proteine-polimeri, struttura di una molecola proteica, funzione delle proteine ​​nella cellula), risoluzione di problemi - (1 h).

2. Acidi nucleici: aggiornamento delle conoscenze sull'argomento ( Caratteristiche comparative DNA e RNA), problem solving - (1 h).

3. Biosintesi proteica: aggiornamento delle conoscenze sull'argomento (codice DNA, trascrizione, traduzione - dinamica della biosintesi proteica), problem solving - (1 h).

4. Metabolismo energetico: aggiornamento delle conoscenze sull'argomento (metabolismo, anabolismo, catabolismo, assimilazione, dissimilazione; fasi del metabolismo energetico: preparatorio, glicolisi, respirazione cellulare), problem solving - (1 h).

5. Diagnostica transfrontaliera: lavoro di controllo - (1 h).

6. Simboli e termini genetici - (1 h).

7. G. Leggi di Mendel: aggiornamento delle conoscenze sull'argomento (regolarità stabilite da Mendel durante attraversamenti mono e diibridi), verifica della capacità di risolvere problemi per le leggi di Mendel previsti dal programma, risoluzione di problemi per attraversamenti mono e diibridi di maggiore complessità - (1 ora).

8. Dominanza incompleta: aggiornamento delle conoscenze sull'argomento, risoluzione di problemi di maggiore complessità sull'argomento - (1 ora).

9. Eredità dei gruppi sanguigni: aggiornamento delle conoscenze sull'argomento, risoluzione dei problemi - (1 ora).

10. Genetica di genere; eredità legata al sesso: aggiornamento delle conoscenze sull'argomento (determinazione del sesso cromosomica e non cromosomica in natura), risoluzione di problemi di maggiore complessità per l'ereditarietà legata al sesso - (1 h).

11. Risolvere compiti combinati - (1 ora).

12. Interazione dei geni: aggiornamento delle conoscenze sull'argomento (interazione di geni allelici e non), risoluzione di problemi di maggiore complessità per tutti i tipi di interazioni: complementarità, epistasi, polimeri - (1 h).

13. Diagnostica transfrontaliera: corsa agli ostacoli - (1 ora).

14. La legge di T. Morgan: attualizzazione della conoscenza (perché T. Morgan, ponendosi l'obiettivo di confutare le leggi di G. Mendel, non poteva farlo, sebbene ricevesse risultati completamente diversi?), Risolvere i problemi per l'incrocio, elaborare mappe cromosomiche - (1 ora).

15. Legge di Hardy-Weinberg: lezione "Seguendo Hardy e Weinberg", risoluzione di problemi di genetica delle popolazioni - (1 h).

16. Genetica umana: aggiornamento delle conoscenze sull'argomento, termini e simboli, risoluzione di problemi - (1 ora).

17. Lezione finale. Diagnostica finale: soluzione compiti divertenti- (1 ora).

Controllo

Lo studente riceve un "credito" in base ai risultati di:

compimento lavoro di prova in biologia molecolare; compilare il cruciverba "Termini genetici"; adempimento dei compiti di controllo dei test n. 1 e n. 2; risolvere i problemi nel gioco "Correre con gli ostacoli"; completamento della prova finale (risoluzione di problemi di maggiore complessità).

Problemi di biologia molecolare

Argomento: "Scoiattoli"

Spiegazioni richieste:

il peso molecolare medio di un residuo amminoacidico è assunto pari a 120; calcolo del peso molecolare di una proteina:

UNIVERSITÀ STATALE DELLA BIELORUSSIA

DIPARTIMENTO DI BIOLOGIA

Dipartimento di Fisiologia Vegetale e Biochimica

FISIOLOGIA

VERDURA

CELLULE

alle lezioni di laboratorio del workshop

"Fisiologia vegetale"

per gli studenti della Facoltà di Biologia

V. M. Yurin, A. P. Kudryashov, T. I. Ditchenko, O. V. Molchan, I. I. Smolich Raccomandato dal Consiglio accademico della Facoltà di Biologia 16 giugno 2009, verbale n. Scienze biologiche, professore associato M. A. Dzhus Fisiologia delle cellule vegetali: metodo. Raccomandazioni per gli studi di laboratorio del seminario di Fisiologia vegetale per studenti F della Facoltà di Biologia / V. M. Yurin [et al.].

- Minsk: BSU, 2009 .-- 28 p.

Questo manuale è parte integrante del complesso didattico e metodologico per la disciplina "Fisiologia vegetale" e comprende le attività di laboratorio sulla sezione "Fisiologia cellulare vegetale".

È destinato agli studenti della Facoltà di Biologia, che studiano nelle specialità "Biologia" e "Bioecologia".

UDC 581. LBC 28. © BSU,

DAGLI AUTORI

Linee guida per gli studi di laboratorio sono parte integrante del corso "Fisiologia vegetale". Lo scopo della pubblicazione è quello di attivare il lavoro autonomo degli studenti, tenendo conto del fatto che il processo di apprendimento individuale deve essere efficace. Il seminario sul corso "Fisiologia vegetale" ha lo scopo di consolidare materiale teorico, acquisizione di abilità lavoro pratico e familiarizzazione con i metodi di base della ricerca dei processi fisiologici delle piante. Agli studenti vengono offerti compiti che descrivono in dettaglio il materiale fattuale che devono padroneggiare da soli.

Ciò ti consentirà di utilizzare il tempo della lezione in modo più efficiente.

1. CELLULA VEGETALE AS

SISTEMA OSMOTICA

I sistemi osmotici sono sistemi costituiti da due soluzioni di sostanze di diversa concentrazione o una soluzione e un solvente, separate da una membrana semipermeabile. Una membrana semipermeabile ideale è permeabile alle molecole di solvente e impermeabile alle molecole di soluto. In tutti i sistemi biologici, il solvente è l'acqua. La differenza nella composizione e concentrazione delle sostanze su entrambi i lati di una membrana semipermeabile è la causa dell'osmosi - diffusione diretta delle molecole d'acqua attraverso una membrana semipermeabile.

Se astraiamo dalla struttura dettagliata della cellula vegetale e la consideriamo dal punto di vista del modello osmotico, allora si può sostenere che la cellula vegetale è un sistema osmotico vivente.

La membrana plasmatica è semipermeabile e il citoplasma e il tonoplasto agiscono come un tutt'uno. All'esterno della membrana semipermeabile si trova la parete cellulare, che è ben permeabile all'acqua e alle sostanze disciolte in essa e non interferisce con il movimento dell'acqua. Il ruolo principale dello spazio osmotico della cellula è svolto dal vacuolo, che è riempito con una soluzione acquosa di varie sostanze osmoticamente attive: zuccheri, acidi organici, sali, pigmenti idrosolubili (antociani, ecc.). Tuttavia, questo è un concetto piuttosto semplificato della cellula come sistema osmotico, poiché qualsiasi organello del citoplasma circondato da una membrana è anche una cellula osmotica. Di conseguenza, il movimento osmotico dell'acqua si verifica anche tra il singolo organello e il citosol.

MODELLI DI CELLULE VEGETALI

Osservazioni introduttive. Le caratteristiche fisico-chimiche uniche delle biomembrane assicurano il flusso dell'acqua e la creazione di un'elevata pressione idrostatica (turgore) nella cellula vegetale, la conservazione della distribuzione anisotropa delle sostanze tra la cellula e il suo ambiente, l'assorbimento e il rilascio selettivi di sostanze e un numero di altre funzioni.

L'ipotesi dell'esistenza di una membrana plasmatica sulla superficie cellulare è stata avanzata nella seconda metà del XIX secolo. La fondatezza scientifica di questa ipotesi (concetto) è stata data da W. Pfeffer sulla base di una spiegazione dei fenomeni di plasmolisi e deplasmolisi. Secondo Pfeffer, questa membrana possedeva la proprietà di "semipermeabilità", cioè era permeabile all'acqua e impermeabile alle sostanze disciolte nell'acqua. Negli anni successivi sono stati condotti studi che hanno permesso non solo di dimostrare l'esistenza di tale struttura sulla superficie cellulare, ma anche di studiare alcune delle proprietà di questa struttura invisibile nei microscopi ottici. Tuttavia, fino alla seconda metà del XX secolo. le biomembrane sono rimaste solo strutture ipotetiche di una cellula vivente. Pertanto, per dimostrare determinate proprietà della membrana plasmatica e spiegare le regolarità del funzionamento dei meccanismi associati alla membrana plasmatica, i ricercatori hanno creato modelli cellulari ("cellule artificiali").

In diversi periodi di tempo sono comparsi sistemi modello - "cellule artificiali" di Pfeffer, Traube, Jacobs e altri. I primi due di questi modelli hanno dimostrato i fenomeni di osmosi, il terzo - le regolarità del trasferimento di elettroliti deboli attraverso la biomembrana . Quando si eseguono lavori di laboratorio, si propone di creare sistemi modello "gabbia artificiale" secondo Traub e Jacobs (in modifica).

Durante la formazione dei modelli di "cellula artificiale" di Pfeffer e Traube, all'interfaccia tra le soluzioni di sale sanguigno giallo e solfato di rame, si forma una massa amorfa di rame blu ferro, insolubile in acqua, che ha proprietà osmotiche quasi ideali - permeabilità all'acqua e impermeabilità ai soluti. Poiché una membrana in rame ferrocianuro separa due soluzioni, la direzione e l'entità del flusso d'acqua che la attraversa saranno determinate dalla differenza nei potenziali chimici delle molecole d'acqua sui lati opposti della membrana. Se una tale membrana separasse due soluzioni della stessa sostanza, il potenziale chimico delle molecole d'acqua sarebbe maggiore in una soluzione più diluita e l'acqua si sposterebbe dal lato di una soluzione a concentrazione inferiore. Quando si determina la direzione del movimento dell'acqua in un sistema contenente sostanze diverse su entrambi i lati della membrana, dovrebbe essere preso in considerazione il grado di dissociazione delle sostanze, la valenza e la permeabilità della membrana per gli ioni. Per semplificare la trattazione dell'esperimento per ottenere una "cella artificiale" secondo Traube, assumiamo che la membrana in rame cianuro ferroso sia assolutamente impermeabile ai soluti, il grado di dissociazione del sale sanguigno giallo e del solfato di rame nelle soluzioni è il stesso. In questo caso, per confrontare i valori del potenziale chimico delle molecole d'acqua, si possono utilizzare le normali concentrazioni di questi sali.

Le principali leggi che regolano la diffusione di sostanze di diversa polarità attraverso le membrane plasmatiche sono state stabilite nella prima metà del XX secolo. Secondo la ricerca di Collander e Barlund, il coefficiente di permeabilità della membrana a qualsiasi sostanza può essere previsto dal peso molecolare di quest'ultima e dal coefficiente della sua distribuzione di equilibrio (kр) tra acqua e olio vegetale:

dove CM e SV sono le concentrazioni della sostanza che si sono stabilite nel sistema dei solventi a contatto tra loro - olio e acqua - in uno stato di equilibrio. Per la maggior parte delle sostanze che diffondono attraverso la membrana plasmatica, esiste una proporzionalità diretta tra il prodotto di Pi M i e kp (Pi è il coefficiente di permeabilità della membrana alla sostanza i; Mi è il peso molecolare della sostanza i).

Il coefficiente kр in questo caso funge da misura quantitativa del grado di idrofobicità: nell'olio si accumulano più sostanze idrofobiche e sono caratterizzate da un grande valore di kр, idrofiliche, al contrario, si accumulano nella fase acquosa, per loro il valore di kр è inferiore. In conformità con ciò, i composti non polari dovrebbero penetrare più facilmente nella cellula a causa del processo di diffusione attraverso lo strato lipidico della membrana rispetto a quelli polari. Il grado di idrofobicità è determinato dalla struttura della molecola della sostanza. Tuttavia, gli indicatori dell'idrofobicità di una sostanza dipendono in gran parte dal grado di ionizzazione delle sue molecole in soluzione. A sua volta, il grado di ionizzazione di molti organici e sostanze inorganiche(elettroliti deboli) è determinato dal pH della soluzione.

La "cellula artificiale" di Jacobs simula la permeabilità selettiva della membrana plasmatica cellule vegetali in relazione a molecole elettricamente neutre di elettroliti deboli. Nel suo progetto originale della "gabbia artificiale", Jacobs ha usato un lembo di pelle di rana come analogo del plasmalemma. Nel lavoro proposto, un film realizzato con un materiale idrofobo (polimero) viene utilizzato come modello di un plasmalemma. Ciò è stato fatto non solo per ragioni umane: il film polimerico simula più chiaramente le proprietà fisico-chimiche del doppio strato lipidico della membrana plasmatica.

Essendo una base debole, l'ammonio esiste in soluzioni acquose sotto forma di NH3 e NH4 +, il cui rapporto di concentrazione dipende dal pH del mezzo e per soluzioni acquose diluite è determinato dalla costante di dissociazione pKa, che a 25 ° C è pari a 9,25:

dove e sono le concentrazioni rispettivamente delle molecole di ammoniaca e degli ioni ammonio.

Se solo molecole di ammoniaca non caricate possono penetrare attraverso la membrana, allora è facile dimostrare che le concentrazioni di ioni ammonio sui diversi lati della membrana in equilibrio dipenderanno dal pH delle soluzioni a contatto con la membrana. Per dimostrare il trasferimento dell'ammoniaca attraverso una membrana, la "gabbia artificiale" di Jacobs utilizza la sua capacità di modificare il pH.

Obbiettivo. Ottieni "cellule artificiali" con i metodi di Traube e Jacobs e osserva il fenomeno dell'osmosi - il movimento dell'acqua attraverso una membrana semipermeabile lungo il gradiente del potenziale osmotico.

Materiali e attrezzature: soluzioni 1,0 N di sale sanguigno giallo, solfato di rame, cloruro di ammonio, idrossido di sodio e acido cloridrico, soluzione alcolica acquosa all'1% di rosso neutro, carta indicatrice universale, frammenti di tubi di vetro fusi dall'estremità, film polimerico, fili , provette , 3 bicchieri da 150-200 ml, cronometro.

1. Ottenere una "cellula artificiale" Traube. Preparare una soluzione 1,0 N di sale sanguigno giallo (K4Fe (CN) 6), soluzioni 0,5 N e 1, N di solfato di rame (CuSO45 H2O) per diluizione. Prendi due provette. Versare 0,5 N in uno e una soluzione di solfato di rame 1,0 N nell'altro. Pipettare con cautela lungo il lato delle provette, iniettare 1,0 N di sale sanguigno giallo in ciascuna provetta. Sulla superficie di contatto delle soluzioni di solfato di rame e sale sanguigno giallo, si forma una membrana di rame ferro-blu:

Il precipitato amorfo del ferrocianuro di rame ha proprietà osmotiche quasi ideali, quindi, con una differenza nei valori del potenziale chimico delle molecole di H2O, si dovrebbe osservare un flusso d'acqua, che porta a un cambiamento nel volume della "cella artificiale". ". Va notato che la membrana di rame blu ferro ha una bassa elasticità. Pertanto, quando il volume della "cellula artificiale" aumenta, la membrana si rompe.

Esercizio. Osservare il comportamento delle "celle artificiali" in soluzioni 0,5 N e 1,0 N di solfato di rame. Disegna "cellule artificiali"

e descrivere le dinamiche di cambiamento della loro forma.

2. Ottenere una "cellula artificiale" di Jacobs. Preparare diluendo 200 ml di soluzione di cloruro di ammonio 0,5 N e 100 ml di soluzione di idrossido di sodio 0,5 N. Versare la soluzione di idrossido di sodio in un bicchiere, dividere la soluzione di cloruro di ammonio in due parti uguali e versarle in bicchieri da 150-200 ml. Usando carta indicatrice e soluzioni 1,0 N di acido cloridrico e idrossido di sodio, portare l'acidità della soluzione nel primo bicchiere a pH 9,0 e nel secondo a pH 7,0.

Prendi 3 frammenti di TUBO DI VETRO. All'estremità sciolta di ciascuno, metti un pezzo di pellicola di plastica e legalo accuratamente con il filo. Aggiungere 5-10 gocce di soluzione rossa neutra a 50 ml di acqua e acidificare leggermente il terreno con 1-2 gocce di acido cloridrico.

Riempire la soluzione indicata dell'indicatore su "cellule artificiali" Jacobs (frammenti di tubi di vetro con membrane). Collocare le "cellule artificiali" di Jacobs in bicchieri con soluzioni di idrossido di sodio e cloruro di ammonio in modo tale che questi mezzi siano in contatto con la membrana polimerica.

L'ammoniaca è in grado di diffondere attraverso la fase idrofoba della membrana polimerica. E poiché la sua concentrazione all'interno della "cellula artificiale" è trascurabile, le molecole di NH3 vengono trasferite dalla soluzione nella "cellula" e provocano l'alcalinizzazione del contenuto del tubo di vetro, che si nota dalla scomparsa del colore rosso cremisi del contenuti "intracellulari".

Esercizio. Determinare il tempo necessario per la scomparsa del colore rosso dell'indicatore in ciascuna delle varianti dell'esperimento.

1. Perché la concentrazione di sale aumenta sulla superficie della "cella artificiale" in una soluzione 0,5 N di solfato di rame?

2. Perché la "cella artificiale" si gonfia in una soluzione 0,5 N di solfato di rame, ma la sua superficie è stabile in una soluzione 1,0 N?

3. Quali fattori determinano il grado di dissociazione di acidi e basi deboli?

4. Perché il colore rosso neutro non scompare quando la "gabbia artificiale" viene immersa in una soluzione di idrossido di sodio?

5. Perché, quando la "cellula artificiale" viene posta in una soluzione neutra di cloruro di ammonio, si ha uno spostamento del pH del contenuto "intracellulare" a valori debolmente basici?

6. Cos'è l'osmosi?

7. Quali soluzioni sono chiamate ipo-, iso- e ipertoniche?

IL FENOMENO DI PLASMOLISI E DEPLASMOLISI

CELLULA VEGETALE

Osservazioni introduttive. Il processo di uscita dell'acqua dalla cellula vegetale e il suo ingresso nella cellula attraverso la membrana semipermeabile può essere seguito osservando i fenomeni di plasmolisi e deplasmolisi. Quando la cellula viene posta in una soluzione ipertonica rispetto al succo cellulare, si verifica la plasmolisi - la separazione del protoplasto dalla parete cellulare a causa di una diminuzione del suo volume dovuta al rilascio di acqua dalla cellula nella soluzione esterna . Durante la plasmolisi, la forma del protoplasto cambia. Inizialmente, il protoplasto è in ritardo rispetto alla parete cellulare solo in alcuni punti, il più delle volte negli angoli. La plasmolisi di questa forma è chiamata angolare. Con un aumento della durata dell'incubazione di una cellula vegetale in una soluzione ipertonica, si osserva la seguente forma di plasmolisi: plasmolisi concava. È caratterizzato dalla conservazione dei contatti del protoplasto con la parete cellulare in luoghi separati, tra i quali le superfici separate del protoplasto acquisiscono una forma concava. Gradualmente il protoplasto si stacca dalle pareti cellulari su tutta la superficie e assume una forma arrotondata. Questa plasmolisi è chiamata convessa.

Dopo aver sostituito la soluzione esterna con acqua pura, quest'ultima inizia a defluire nella cella. Allo stesso tempo, il volume del protoplasto aumenta e si verifica la deplasmolisi. Dopo il suo completamento, il protoplasto riempie nuovamente l'intero volume della cellula.

Obbiettivo. Dimostrare sulla base dei fenomeni di plasmolisi e deplasmolisi che una cellula vegetale è un sistema osmotico.

Materiali e attrezzature: microscopio, vetrini e vetrini coprioggetto, lama di rasoio di sicurezza, ago da dissezione, pinzetta, soluzione di saccarosio 1 M, carta da filtro, bulbo di cipolla.

Sul lato convesso della superficie delle squame di cipolla, le cui cellule sono colorate di viola per la presenza di antociani nei vacuoli, l'epidermide viene rimossa con un ago da dissezione, posta in una goccia d'acqua su un vetrino, ricoperta di un vetrino coprioggetto ed esaminati al microscopio. Quindi sostituire l'acqua con una soluzione di saccarosio 1 M. Per fare ciò, si applica una grossa goccia di soluzione su un vetrino vicino al vetrino coprioggetto e si aspira l'acqua con un pezzo di carta da filtro, applicandola sull'altro lato del vetrino coprioggetto. Ripeti questa tecnica 2-3 volte fino a quando l'acqua non viene completamente sostituita con una soluzione. Il farmaco viene esaminato al microscopio. Viene rilevato un ritardo graduale del protoplasto dalle pareti cellulari, prima negli angoli e poi lungo l'intera superficie delle pareti. Alla fine, il protoplasto si stacca completamente dalla parete cellulare e assume una forma arrotondata.

La soluzione 1 M di saccarosio viene quindi sostituita con acqua come sopra descritto. L'acqua entra nella cellula, il che porta ad un aumento del volume del protoplasto, che ritorna gradualmente alla sua posizione precedente. La gabbia viene riportata al suo stato originale.

Esercizio. Disegna le forme osservate di plasmolisi e le fasi della deplasmolisi. Formulare conclusioni.

1. Quali caratteristiche strutturali di una cellula vegetale le conferiscono le proprietà di un sistema osmotico?

2. Cos'è la plasmolisi? Descrivere le principali forme di plasmolisi.

3. Cos'è la deplasmolisi? In che condizioni si osserva?

DETERMINAZIONE DELLA PRESSIONE OSMOTICA

SUCCO CELLULARE PLASMOLITICO

METODO

Osservazioni introduttive. Quando due soluzioni contenenti quantità diverse di sostanze disciolte entrano in contatto, per il moto termico intrinseco delle molecole, si verifica una diffusione reciproca, che porta all'equalizzazione della concentrazione delle sostanze disciolte nell'intero volume, che è equivalente alla situazione di miscelazione liquidi. Se queste soluzioni sono separate da una membrana semipermeabile che intrappola le molecole di soluti, solo le molecole di solvente (acqua) passeranno attraverso il confine di contatto delle soluzioni. Inoltre, c'è un flusso unidirezionale dell'acqua attraverso la membrana (osmosi). La pressione che deve essere applicata a una delle soluzioni del sistema per impedire l'ingresso del solvente in essa è chiamata pressione osmotica. L'entità della pressione osmotica di una soluzione è direttamente proporzionale alla sua concentrazione e temperatura assoluta. Van't Hoff ha scoperto che la pressione osmotica delle soluzioni diluite obbedisce alle leggi dei gas e può essere calcolata con la formula:

dove R è la costante dei gas (0,0821); T è la temperatura assoluta (273°C + t°C) della soluzione; C è la concentrazione del soluto in moli; i - coefficiente isotonico.

Il valore del coefficiente isotonico è determinato dalle caratteristiche dei processi di dissoluzione della sostanza. Per i non elettroliti (ad esempio per il saccarosio) i è uguale a 1. Per le soluzioni elettrolitiche, il valore di i dipende dal numero di ioni in cui si decompone la molecola e dal grado di dissociazione. I valori i per le soluzioni di NaCl sono riportati nella tabella.

Valori del coefficiente isotonico delle soluzioni di cloruro di sodio Concentrazione di NaCl i valore Il valore della pressione osmotica della linfa cellulare esprime la capacità della cellula vegetale di "assorbire" l'acqua e indica la possibilità di crescita della pianta su terreni di diversa forza di ritenzione idrica . Allo stesso tempo, un aumento della pressione osmotica della linfa cellulare durante la siccità è un criterio per la disidratazione delle piante e la necessità della loro irrigazione.

Il metodo plasmolitico per determinare la pressione osmotica del contenuto cellulare si basa sul fatto che la pressione osmotica delle soluzioni, che provoca il movimento dell'acqua attraverso la membrana, può essere creata da varie sostanze (osmolitici). Pertanto, per determinare la pressione osmotica del succo cellulare, non è richiesta la conoscenza della sua composizione qualitativa e della concentrazione delle singole sostanze, ma dovrebbe essere trovata la concentrazione di qualsiasi sostanza nella soluzione esterna, alla quale non ci sarà movimento dell'acqua attraverso il plasmalemma in assenza di turgore e plasmolisi. Per questo, sezioni del tessuto in esame vengono immerse in una serie di soluzioni a concentrazione nota e quindi esaminate al microscopio. Partendo dal fatto che solo le soluzioni ipertoniche sono in grado di causare la plasmolisi, si trova la più debole, in cui si trova solo la plasmolisi iniziale nelle singole cellule. Una soluzione più diluita che segue non plasmolizzerà le cellule.

Di conseguenza, la concentrazione di una soluzione isotonica per queste cellule sarà uguale (con un margine di errore noto) alla media aritmetica tra le concentrazioni di soluzioni vicine.

Per comodità, il lavoro viene eseguito con tessuti, le cui cellule contengono antociani nella linfa cellulare: l'epidermide delle squame di cipolla blu, l'epidermide inferiore della foglia di tradescantia. Come plasmolitico vengono utilizzate soluzioni di saccarosio o NaCl.

Materiali e attrezzature: microscopio, vetrini e vetrini coprioggetto, lama di rasoio di sicurezza, ago da dissezione, soluzioni di saccarosio 1 M NaCl e 1 M, foglie di Tradescantia o bulbi di cipolla blu.

Usando una soluzione 1 M di saccarosio o NaCl, preparare diluendo 5 ml di soluzioni secondo la tabella.

Dopo aver accuratamente miscelato le soluzioni, versarle in fiale di vetro o crogioli, dove vengono poste 2-3 sezioni del tessuto in esame per 30 minuti.

In questo caso è necessario fare in modo che le fette non galleggino in superficie, ma siano immerse in liquidi (se la fetta galleggia, va "affogata" con un ago da dissezione). Coprire i contenitori con coperchi o vetrini per evitare l'evaporazione.

Trascorso il tempo di incubazione specificato, esaminare le sezioni al microscopio in una goccia della soluzione appropriata (non in acqua!) Nella stessa sequenza in cui sono state immerse nelle soluzioni. Una bacchetta di vetro o una pipetta, con cui è stata applicata la soluzione su vetrini, deve essere accuratamente sciacquata con acqua distillata dopo ogni soluzione e rimossa con un fazzoletto di carta o un filtro.

Esercizio. Determinare la presenza di plasmolisi nel tessuto esaminato e il suo grado. Il grado di plasmolisi è espresso in termini di "forte", "debole", "iniziale", "assenza di plasmolisi". Inserisci i risultati nella tabella.

Grado di plasmolisi Concentrazione isotonica, M Pressione osmotica della linfa cellulare in atm e kPa Impostare la concentrazione isotonica di cloruro di sodio, ovvero il contenuto di NaCl che crea una pressione osmotica simile alla linfa cellulare nel tessuto in esame. Calcola la pressione osmotica usando l'equazione (1). Utilizzando un fattore di 101,3, calcolare la pressione osmotica in kPa.

1. Che cos'è la pressione osmotica?

2. Come viene calcolato il valore della pressione osmotica?

3. Da cosa dipende il valore del coefficiente isotonico?

4. Il criterio di quale processo è l'aumento della pressione osmotica della linfa cellulare?

2. PROPRIETÀ DELLE MEMBRANE CELLULARI

La proprietà più importante delle membrane cellulari è la permeabilità selettiva. La membrana citoplasmatica esterna che separa la cellula da ambiente, controlla il trasporto di sostanze tra la cellula e lo spazio libero. Le membrane intracellulari, a causa della loro intrinseca permeabilità selettiva, forniscono la funzione di compartimentazione, che consente alla cellula e agli organelli di trattenere gli enzimi e i metaboliti necessari in piccoli volumi, creare un microambiente fisico-chimico eterogeneo e svolgere varie reazioni biochimiche, a volte dirette in modo opposto, su diversi lati della membrana.

La permeabilità delle membrane cellulari per varie sostanze può essere un criterio per la vitalità cellulare. La permeabilità selettiva della membrana viene mantenuta finché la cellula rimane in vita.

STUDIO DI AMMISSIBILITA' ELETTORALE

PLASMALEMMI DELLA CELLULA VEGETALE

Osservazioni introduttive. È possibile confrontare la permeabilità della membrana plasmatica per varie sostanze sulla base di semplici osservazioni che caratterizzano la durata della conservazione della plasmolisi nelle cellule vegetali in soluzioni ipertoniche delle sostanze in esame. Nel caso di una permeabilità del plasmalemma sufficientemente bassa per un soluto o della completa assenza della capacità delle sue molecole di diffondersi liberamente nella cellula vegetale, avrà luogo una plasmolisi stabile, in cui le cellule plasmolisate possono rimanere in uno stato invariato per un a lungo. Tuttavia, se le molecole del soluto passano attraverso la membrana, ma più lentamente delle molecole d'acqua, la plasmolisi iniziata è temporanea e presto scompare. Come risultato della graduale penetrazione del soluto nella cellula, l'acqua scorrerà dalla soluzione esterna lungo il gradiente di concentrazione, che alla fine farà passare la cellula a uno stato deplasmolizzato.

Obbiettivo. Confronta la permeabilità delle membrane cellulari per varie sostanze in base all'osservazione della plasmolisi persistente e transitoria.

Materiali e attrezzature: microscopio, vetrini e coprioggetto, lama di rasoio di sicurezza, ago da dissezione, pinzette, soluzione di saccarosio 1 M, soluzione di carbammide 1 M, soluzione di glicerina 1 M, carta da filtro, bulbo di cipolla.

Una goccia di soluzione viene applicata a tre steli dell'oggetto: 1 M di soluzione di saccarosio su uno, 1 M di soluzione di carbammide sull'altro e 1 M di soluzione di glicerina sul terzo. In ciascuna goccia viene posto un frammento dell'epidermide colorata della cipolla, coperto con coprioggetto ed esaminato al microscopio. Trova le aree in cui le cellule plasmolizzate sono chiaramente visibili. Il tempo dell'inizio della plasmolisi - si nota l'inizio dell'osservazione. I preparati vengono lasciati per 10-30 minuti, quindi vengono esaminati nuovamente al microscopio. Si osserva plasmolisi persistente nella soluzione di saccarosio e plasmolisi temporanea in soluzioni di carbamide e glicerina. La ragione della deplasmolisi nelle ultime due soluzioni è la permeabilità del plasmalemma per le molecole di urea e glicerolo.

Esercizio. Condurre uno studio delle caratteristiche della plasmolisi delle cellule vegetali in soluzioni di varie sostanze. Inserire i risultati dell'osservazione nella tabella, annotando il grado di plasmolisi ogni 10 minuti dopo l'inizio delle osservazioni. Sulla base dell'analisi dei risultati sperimentali, rivelare le differenze nella durata della conservazione dello stato plasmolizzato causate da vari osmolitici e trarre una conclusione sulla permeabilità relativa del plasmalemma per le sostanze indagate.

Sostanza disciolta Nota: +++ - plasmolisi forte, ++ - plasmolisi media, + - plasmolisi debole.

1. Qual è la permeabilità selettiva delle membrane cellulari?

2. Quali sostanze sono più facili da penetrare attraverso le membrane cellulari?

3. Come può essere utilizzata la proprietà della permeabilità selettiva per determinare la vitalità di una cellula vegetale?

STUDIARE LA DIFFUSIONE DI UN NEUTRO

ROSSO ATTRAVERSO PLASMALEMMA

CELLULA VEGETALE

Osservazioni introduttive. La membrana plasmatica isola il contenuto intracellulare dall'ambiente esterno. Lo scambio di sostanze tra il contenuto intracellulare e l'ambiente che circonda la cellula avviene per trasporto attraverso la membrana. Il doppio strato lipidico è una barriera al movimento delle sostanze. La maggior parte delle sostanze esogene fisiologicamente significative entrano nella cellula a seguito del funzionamento dei sistemi di trasporto passivo e attivo sul plasmalemma. Tuttavia, è anche possibile una semplice diffusione passiva attraverso il doppio strato lipidico, che è una fase idrofoba.

Le principali regolarità della diffusione delle sostanze attraverso il doppio strato lipidico furono stabilite alla fine del XIX - inizio del XX secolo, cioè nel momento in cui le biomembrane rimanevano solo strutture ipotetiche della cellula. È il fatto che le sostanze idrofobe penetrano nella cellula meglio di quelle idrofile, che è stata la base per l'ipotesi dei ricercatori sulla presenza di lipidi nella membrana.

Il processo di diffusione delle sostanze attraverso la membrana obbedisce alla prima legge di Fick, la cui espressione matematica in relazione alla membrana è descritta dalla formula:

dove Pi è il coefficiente di permeabilità della membrana per la sostanza i; CiII e CiI sono le concentrazioni della sostanza i su entrambi i lati della membrana.

Gli acidi e le basi deboli sono caratterizzati dal fatto che il grado di ionizzazione delle loro molecole in soluzioni diluite dipende dal pH (vedi Lavoro di laboratorio 1, formula (2)). Ciò significa che il grado di dissociazione delle molecole di elettrolita deboli nell'intervallo di valori di pH numericamente uguali a pKa è del 50%. Con una diminuzione del pH di un'unità, più del 90% delle molecole di una base debole sarà ionizzato e con un aumento del pH dello stesso valore, meno del 10%.

Già nella prima metà del ventesimo secolo, è stato dimostrato che molecole elettricamente neutre e non ionizzate di elettroliti deboli penetrano abbastanza bene attraverso la membrana plasmatica nelle cellule vegetali, mentre la membrana risulta essere praticamente impenetrabile per gli ioni corrispondenti. Ad esempio, i coefficienti di permeabilità del plasmalemma per l'ammoniaca e lo ione ammonio differiscono di oltre 100 volte. Pertanto, lo spostamento dei valori di pH è di sole 1-2 unità. porta a un cambiamento di oltre 10 volte nella concentrazione delle forme delle molecole della sostanza trasportata attraverso la membrana.

Tra gli elettroliti deboli, gli indicatori acido-base sono di particolare interesse, poiché le molecole di queste sostanze sono caratterizzate da un cambiamento nella loro proprietà ottiche durante la ionizzazione. Inoltre, a causa del colore caratteristico delle soluzioni di questi composti, è abbastanza facile determinarne il contenuto colorimetricamente. Il rosso neutro (NK) è una base debole. Le molecole di NA ionizzato (a pH 6,8 e inferiore) colorano le soluzioni di un intenso colore cremisi. Con un aumento del pH da 6,8 a 8,0, si verifica un graduale cambiamento di colore in giallo pallido a causa di una diminuzione del grado di dissociazione delle molecole di NA. Nelle soluzioni alcaline, le molecole di NA elettricamente non infette predominano attraverso il doppio strato lipidico della membrana plasmatica, mentre nelle soluzioni acide predominano gli ioni NA che sono scarsamente permeabili alla membrana.

Le molecole NK che entrano nella cellula attraverso il plasmalemma possono diffondersi attraverso altre membrane cellulari, tuttavia, essendo penetrate nel vacuolo (compartimento acido di una cellula vegetale), le molecole NK si ionizzano, colorando il contenuto del vacuolo in un colore cremisi. In questo caso, gli ioni NC sono "chiusi" nello spazio del vacuolo, cioè hanno la tendenza ad accumularsi.

Obbiettivo. Studiare le regolarità di diffusione del rosso neutro attraverso la membrana plasmatica della cellula vegetale Materiali e attrezzature: forbici, soluzione acquosa-alcolica di rosso neutro, soluzioni decinormali di idrossido di sodio e acido cloridrico, cartina indicatrice universale, piastre di Petri, microscopio, cronometro , coltura dell'alga Nitella flexilis.

Aggiungere 5 gocce di soluzione rossa neutra a 100 ml di acqua.

Versare questa soluzione equamente in 4 piastre Petri. Controllando l'acidità del contenuto delle piastre Petri con carta indicatrice universale utilizzando soluzioni di HCl e NaOH, portare l'indice di acidità nella prima piastra Petri a pH 9,0, nella seconda a pH 8,0, nella terza a pH 7,0, nella quarta a pH 5,0. Etichetta le capsule di Petri.

Rimuovere con cautela 8-12 cellule internodi di alghe dal tallo di Nitella flexilis con le forbici. Esaminando gli internodi al microscopio, assicurati che le cellule preparate siano native: le cellule viventi intatte conservano file continue di cloroplasti posizionate parallelamente alla linea della luce, inoltre, c'è un intenso movimento del citoplasma - ciclosi.

Mettere 2-3 cellule internodi di alghe in piastre Petri.

Avvia il cronometro.

Esercizio. Determinare il tempo necessario per la colorazione delle cellule di alghe in ogni variante dell'esperimento. Per fare ciò, dopo 5 min, confrontare le cellule degli internodi delle alghe di ciascuna delle varianti in base all'intensità del colore. Ripetere l'operazione dopo 10, 20, 30 minuti. Immettere i risultati dell'osservazione nella tabella. Trarre una conclusione riguardo alle forme diffusibili della base debole attraverso la membrana.

Valore PH del medium Nota: +++ - colore intenso, ++ - colore medio, + - colore debole, - nessun colore.

1. Quali fattori determinano il grado di dissociazione di acidi e basi deboli?

2. Perché le biomembrane sono più permeabili alle forme non dissociate di elettroliti deboli?

3. In quali condizioni si nota l'accumulo di un elettrolita debole nella cellula?

CAMBIAMENTO DELLA PERMEABILITA' DEL TONOPLAST

E PLASMA LEMS PER BETHATIANINA SOTTO

AZIONE FISICA E CHIMICA

FATTORI

Osservazioni introduttive. La permeabilità selettiva delle membrane cellulari cambia sotto l'influenza di vari fattori. È possibile determinare l'effetto di qualsiasi sostanza o condizione sulla permeabilità della membrana misurando il rilascio di vari metaboliti dalla cellula.

La betacianina, un pigmento della barbabietola, è una molecola relativamente grande e altamente solubile in acqua che si trova nella linfa cellulare.

Per entrare nell'ambiente esterno, la molecola di betacianina deve passare attraverso il tonoplasto, la matrice citoplasmatica principale e il plasmalemma. I tonoplasti delle cellule viventi sono impermeabili alle molecole di questo pigmento. La diffusione della betacianina dal vacuolo nel mezzo può procedere piuttosto rapidamente sotto l'azione di vari fattori o agenti che determinano un aumento della permeabilità della membrana. Misurando la densità ottica del mezzo di incubazione dopo un certo periodo di tempo, è possibile valutare il grado di influenza di un fattore o di un altro sulla permeabilità della membrana.

Obbiettivo. Determinare l'effetto della temperatura, nonché degli acidi e degli alcoli sulla permeabilità delle membrane cellulari per la betacianina mediante il suo rilascio nella soluzione esterna.

Materiali e attrezzature: acqua distillata, soluzione di acido acetico al 30%, soluzione di etanolo al 50%, carta da filtro, provette, portaprovette, bagnomaria, spettrofotometro o fotocolorimetro, ortaggio a radice di barbabietola.

Dopo aver rimosso i tessuti tegumentari, il raccolto di radice di barbabietola viene tagliato a cubetti (il lato del cubo è di 5 mm) e lavato accuratamente con acqua per 5-10 minuti per rimuovere il pigmento rilasciato dalle cellule danneggiate.

Quindi vengono posti uno alla volta in ciascuna delle 4 provette, in cui vengono versati 5 ml di vari mezzi secondo lo schema sperimentale: acqua distillata (2 provette), acido acetico e soluzioni etanoliche.

La prima provetta con acqua distillata viene lasciata in un rack e il contenuto della seconda viene riscaldato a bagnomaria per 2-3 min. Dopo 30 minuti, tutte le provette vengono agitate vigorosamente, i cubetti di barbabietola vengono rimossi e l'intensità del colore delle soluzioni viene determinata su un fotocolorimetro con filtro verde o spettrofotometro = 535 nm.

Densità ottica della soluzione, Intensità di colorazione, Variante dell'esperimento Compito. Fai la tua ricerca. Immettere le misurazioni della densità ottica nella tabella. Determinare le differenze nella permeabilità del tonoplasto e del plasmalemma per la betacianina nelle cellule della radice di barbabietola esposte a vari fattori e trarre una conclusione sulle ragioni di queste differenze.

1. Qual è il significato della permeabilità selettiva delle membrane cellulari?

2. Cosa determina la permeabilità selettiva delle membrane cellulari delle piante?

3. PROPRIETÀ DEL CITOPLASMA

Il volume principale del citoplasma che riempie lo spazio tra gli organelli cellulari è chiamato citosol. La quota di acqua nel citosol è di circa il 90%. In forma disciolta, il citosol contiene quasi tutte le principali biomolecole. Le vere soluzioni formano ioni e piccole molecole (sali di metalli alcalini e alcalino-terrosi, zuccheri, amminoacidi, acidi grassi, nucleotidi e gas disciolti). Grandi molecole come le proteine ​​formano soluzioni colloidali. La soluzione colloidale può essere sol (non viscosa) e gel (viscosa). L'intensità della maggior parte dei processi intracellulari dipende dalla viscosità del citosol.

La proprietà più importante del citoplasma è il suo movimento attivo.

Questo caratteristica una cellula vegetale vivente, un indicatore dell'attività dei suoi processi vitali. Il movimento del citoplasma fornisce il trasporto intracellulare e intercellulare di sostanze, il movimento degli organelli all'interno della cellula, svolge un ruolo importante nelle reazioni di irritabilità. La sua implementazione coinvolge elementi del citoscheletro: microfilamenti e microtubuli. La fonte di energia per questo movimento è l'ATP. Il movimento citoplasmatico (ciclosi) è uno degli indicatori più sensibili della vitalità cellulare. Molte influenze anche minori lo fermano o, al contrario, lo accelerano.

EFFETTO DEGLI IONI DI POTASSIO E CALCIO SU

VISCOSITÀ DEL CITOPLASMA DELLE CELLULE VEGETALI

Osservazioni introduttive. I singoli cationi possono modificare significativamente la viscosità del citoplasma. È stato scoperto che gli ioni di potassio contribuiscono ad aumentare il suo contenuto di acqua e ad una diminuzione della viscosità. La minore viscosità del citoplasma favorisce il flusso dei processi di sintesi, il trasporto intracellulare di sostanze, ma abbassa la resistenza delle cellule vegetali a condizioni esterne sfavorevoli. A differenza del potassio, il calcio aumenta la viscosità del citoplasma. Con una maggiore viscosità del citosol, i processi fisiologici sono più lenti, il che aumenta la resistenza della cellula a condizioni ambientali sfavorevoli.

I cambiamenti nella viscosità del citoplasma sotto l'azione degli ioni potassio e calcio possono essere giudicati dalla forma di plasmolisi nelle cellule in soluzioni ipertoniche dei loro sali. Con l'incubazione prolungata delle cellule vegetali in soluzioni contenenti ioni potassio, si osserva la plasmolisi del cappuccio. In questo caso, gli ioni potassio passano attraverso il plasmalemma nel citoplasma, ma penetrano piuttosto lentamente attraverso il tonoplasto nel vacuolo. A seguito del rigonfiamento del citoplasma, il protoplasto assume una forma convessa, separandosi solo dalle sezioni trasversali delle pareti cellulari, dalle quali si osserva la formazione dei cosiddetti "cappucci". L'aumento della viscosità del citoplasma causato dal calcio è facile da rilevare osservando il cambiamento nella forma del protoplasto plasmolizzato: se il plasmolitico contiene calcio, la plasmolisi concava si trasforma spesso in una forma convulsa.

Obbiettivo. Studiare la natura dell'effetto degli ioni potassio e calcio sulla viscosità del citoplasma di una cellula vegetale sulla base delle osservazioni del cappuccio e della plasmolisi convulsa.

Materiali e attrezzature: microscopio, vetrini e vetrini coprioggetto, lama di rasoio di sicurezza, ago da dissezione, pinzette, soluzione 1 M KNO3, soluzione 1 M Ca (NO3) 2, carta da filtro, bulbo di cipolla.

Una goccia di soluzione di nitrato di potassio 1 M viene applicata su un vetrino e una soluzione di nitrato di calcio 1 M sull'altro. Un pezzo di epidermide di cipolla, asportato dalla superficie concava delle squame di cipolla stessa, viene posto in entrambe le gocce, coperto con vetrini coprioggetto. Dopo 30 minuti, i preparati vengono esaminati al microscopio nelle soluzioni in cui si trovavano. Si osserva il fenomeno della plasmolisi. In alcune cellule dell'epidermide, mantenute in una soluzione di KNO3, dal lato delle pareti trasversali della cellula, il citoplasma forma "cappucci", il cui aspetto è dovuto ad un aumento dell'idratazione del citosol sotto l'influenza di ioni potassio. Gli ioni calcio, al contrario, aumentano la viscosità del citoplasma, aumentano la sua adesione alla parete cellulare e il protoplasto assume forme irregolari, caratteristiche della plasmolisi convulsa.

Esercizio. Disegna le forme osservate di plasmolisi. Determinare la dipendenza della forma di plasmolisi dalla viscosità del citoplasma in presenza di ioni potassio e calcio.

1. In che modo gli ioni potassio e calcio influiscono sulla viscosità del citoplasma?

2. In quali condizioni si osserva la plasmolisi convulsa?

3. Qual è la ragione della formazione di "tappi" a seguito dell'incubazione delle cellule in una soluzione di KNO3?

OSSERVAZIONE DEL MOVIMENTO DEL CITOPLASMA

CELLULE VEGETALI E SUA MISURAZIONE

VELOCITÀ

Osservazioni introduttive. Le più convenienti per osservare il movimento del citoplasma sono le grandi cellule vegetali con grandi vacuoli (cellule degli internodi di alghe chara, alghe verdi del sifone marino, cellule fogliari di piante acquatiche di Elodea, Vallisneria, ecc.). Esistono diversi tipi di movimento citoplasmatico. Il moto oscillatorio è il più diffuso. È considerato il meno ordinato, poiché alcune particelle sono a riposo, altre scivolano alla periferia e altre al centro della cellula. Il movimento è instabile, casuale. Il movimento circolatorio è caratteristico delle cellule che hanno cordoni citoplasmatici che attraversano il vacuolo centrale. La direzione e la velocità di movimento delle particelle situate all'interno o sulla superficie dello strato citoplasmatico, così come negli strati citoplasmatici, non sono costanti. Con il movimento rotatorio, il citoplasma si muove solo alla periferia della cellula e si muove come una cinghia di trasmissione. Il movimento di questo tipo, a differenza della circolazione, ha un carattere più o meno costante e ordinato, quindi è conveniente per lo studio quantitativo. Oltre a quanto sopra, si distinguono anche i movimenti del citoplasma, ad esempio zampillo e navetta. I tipi di movimento differiscono l'uno dall'altro in modo condizionale e nella stessa cella possono spostarsi dall'uno all'altro.

Il movimento del citoplasma può essere caratterizzato determinando la sua velocità, che dipende non solo da forza trainante, ma anche la viscosità del citoplasma. La velocità di movimento del citoplasma può essere misurata al microscopio osservando il movimento delle sue particelle.

Obbiettivo. Familiarizza con il tipo di movimento rotatorio del citoplasma e misura la sua velocità in diversi oggetti vegetali.

Materiali e attrezzature: microscopio, vetrini e vetrini coprioggetto, lama di rasoio di sicurezza, ago da dissezione, soluzione acquosa di laghetto artificiale, foglia di Vallisneria, cellule internodali di nitella.

Dalla lama della foglia di Vallisneria si taglia un pezzetto con un rasoio affilato, cercando di ferire il meno possibile la foglia, si pone in una goccia d'acqua su un vetrino ed esamina al microscopio, prima a basso, poi ad alto ingrandimento . Non è consigliabile tagliare da un foglio, poiché le cellule sono gravemente ferite e il movimento in esse si interrompe. Il movimento del citoplasma è facile da osservare dal movimento di tutti i cloroplasti in una direzione lungo la parete cellulare. Questo movimento è chiamato rotazionale.

Per osservare la ciclosi nelle cellule della nitella, le cellule preparate in anticipo vengono poste in camere speciali, che sono riempite con una soluzione di acqua di stagno artificiale. Tutte le alghe charo mostrano anche un tipo di movimento citoplasmatico di tipo rotazionale, ma i cloroplasti in queste cellule sono immobili. Direttamente alla membrana di cellulosa, hanno uno strato denso e immobile di citoplasma chiamato ectoplasma. In questo strato sono fissati i cromatofori, che formano uno strato di file longitudinali regolari strettamente adiacenti l'uno all'altro. Tra il vacuolo e lo strato di ectoplasma c'è uno strato mobile liquido interno del citoplasma, il cosiddetto endoplasma. Il suo movimento intenso può essere osservato dal movimento di organelli più piccoli dei cloroplasti - piccole inclusioni incolori sospese nel citoplasma.

Per determinare la velocità di movimento del citoplasma vengono utilizzati un cronometro e un righello oculare posto nell'oculare del microscopio. Un cronometro viene utilizzato per contare il tempo durante il quale il cloroplasto o altra particella in movimento supera la distanza tra le due divisioni selezionate del righello dell'oculare. Tali misurazioni nella stessa cella vengono eseguite 3-5 volte. Per calcolare la velocità di movimento del citoplasma, misurare il valore di divisione del righello oculare. Per questo, un oggetto micrometrico viene posizionato sul tavolino del microscopio, che viene esaminato in un micrometro oculare. L'obiettivo scelto viene fissato alle divisioni dell'oggetto micrometrico e viene contato il numero di divisioni dell'oggetto micrometrico. Il prezzo delle divisioni micrometriche dell'oculare si calcola con la formula dove N è il prezzo delle divisioni micrometriche dell'oculare; 10 μm - divisione in scala dell'oggetto micrometrico; b è il numero di divisioni micrometriche dell'oculare che rientrano in (a) divisioni dell'oggetto micrometrico.

La velocità delle particelle è il rapporto tra la distanza in micrometri e il numero di secondi durante i quali una particella in movimento percorre questa distanza (μm/s).

Esercizio. Effettuare la determinazione dei valori della velocità di movimento del citoplasma nelle cellule delle piante acquatiche. Immettere i risultati della misurazione nella tabella. Fare disegni schematici delle cellule degli oggetti in esame e con le frecce indicare la direzione del movimento del citoplasma, confrontare la natura e la velocità della ciclosi.

Oggetto Tipo di spostamento Distanza Tempo di percorrenza delle particelle, s Velocità di ciclo, 1. Che cos'è un citosol?

2. In che modo la forma della plasmolisi dipende dalla viscosità del citoplasma delle cellule vegetali?

3. Qual è il significato biologico del movimento del citoplasma?

4. Quali sono i principali tipi di movimento del citoplasma?

5. Cosa determina la velocità di movimento del citoplasma?

Dagli autori ………………………………………………………….

1. CELLULA VEGETALE COME OSMOTICA

SISTEMA………………………………………………………….

Attività di laboratorio Modelli di cellule vegetali …………………………………… ... Attività di laboratorio Il fenomeno della plasmolisi e deplasmolisi delle cellule vegetali .. ……. Attività di laboratorio Determinazione della pressione osmotica del succo cellulare con metodo plasmolitico ………………………………….……………. 2. PROPRIETÀ DELLE MEMBRANE CELLULARI ……… .. ………… ..

Attività di laboratorio Studio della permeabilità selettiva del plasmalemma cellulare vegetale …………………… ……………………………… .. Attività di laboratorio Studio della diffusione del rosso neutro attraverso il plasmalemma Attività di laboratorio Cambio di tonoplast e permeabilità al plasmalemma per la betacianina sotto l'influenza di fattori fisici e chimici ... 3. PROPRIETÀ DEL CITOPLASMA ……………………………… ... Lavoro di laboratorio Influenza degli ioni potassio e calcio sulla viscosità del citoplasma di cellule vegetali ... .. ……………………. Attività di laboratorio Osservazione del movimento del citoplasma delle cellule vegetali e misurazione della sua velocità ……………………………………………….

FISIOLOGIA CELLULARE VEGETALE

laboratorio "Fisiologia vegetale"

per gli studenti della Facoltà di Biologia Responsabile del problema A. P. Kudryashov Firmato per la stampa 31. 08. 2009. Formato 6084/16. Carta offset.

Auricolare volte. CONV. Stampa l. 1.63. Uch.-ed. l. 1.62. Tiratura 50 copie. Zach.

Università statale bielorussa 220030, Minsk, Viale dell'Indipendenza, 4.

Stampato dal layout originale del cliente su attrezzature per la copia e la duplicazione del bielorusso Università Statale.

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Nota esplicativa.

La proposta corso opzionale contiene informazioni sulla cellula - un'unità della natura vivente, è destinato agli studenti di classi specializzate che sono interessati alla citologia e alla biochimica. Il corso a scelta proposto supporta e approfondisce le conoscenze di base della biologia. Lo studio di un corso facoltativo aiuterà nella scelta dell'ulteriore istruzione e dell'attività professionale.

Il corso si basa sulle conoscenze e competenze acquisite dagli studenti nello studio della biologia. Nel corso delle lezioni, gli studenti dovrebbero acquisire esperienza nella ricerca di informazioni sulle domande proposte. Gli studenti migliorano le capacità di preparare saggi, relazioni, messaggi su un argomento selezionato e praticano la tecnica dell'esperimento.

Il corso opzionale è progettato per 35 ore. Il programma prevede lo studio di questioni teoriche, attività di laboratorio, seminari.

Scopo del corso. Per formare la capacità di identificare, rivelare, utilizzare la connessione tra la struttura e la funzione della cellula. Consolidare le competenze necessarie per il lavoro di laboratorio. Coinvolgi gli studenti in lavoro indipendente con ulteriore letteratura.

L'obiettivo del corso: la formazione delle competenze e delle capacità di una comprensione globale delle conoscenze in biologia, aiutando gli studenti a soddisfare i loro interessi, che sono appassionati di citologia e biochimica.

Il concetto principale del corso.

1. Un approccio integrato allo studio degli organismi viventi ai diversi livelli di organizzazione.

2. Quando si considerano i problemi della struttura cellulare, l'attenzione principale è rivolta alla formazione del pensiero evolutivo.

Il totale delle ore è di 35 ore.

Tema I. Cella: una storia di studio. Teoria delle cellule. (3 ore)

Introduzione alla citologia cellulare. I compiti della citologia moderna. La cellula è un sistema completo. La storia dello studio delle cellule. Creazione di una teoria cellulare. Metodi per lo studio delle cellule. Parallelismo nell'evoluzione della tecnologia microscopica e livello degli studi citologici.

Attività di laboratorio 1. Dispositivo microscopico e tecnica di microscopia.

Argomento II. Chimica cellulare (8 ore).

Elementi chimici della cellula. Caratteristiche della composizione chimica degli esseri viventi. Ioni nella cellula e nel corpo. Il contenuto di composti chimici nella cellula. Il ruolo dell'acqua in un sistema vivente.

Composti organici. Chimica delle proteine. Le proteine ​​sono colloidi, le proteine ​​sono elettroliti anfoteri, le proteine ​​sono composti idrofili. Fenomeni patologici in assenza di proteine ​​negli alimenti.

Quando il metabolismo delle nucleoproteine ​​è disturbato, si sviluppa padagra. L'essenza di questa malattia è che una grande quantità di sali di acido urico si deposita nel corpo nella cartilagine e in altri tessuti. Nel sangue, il contenuto di acido urico aumenta di 2 - 3 volte e anche 5 volte contro la norma. Questo processo è accompagnato da dolore e deformazione delle articolazioni. La deposizione di acido urico nei reni è caratterizzata da una diminuzione della sua escrezione dal corpo, di conseguenza il livello di acido urico è ancora maggiore in aumento.

Lavoro di laboratorio 2. Rilevazione di proteine ​​in oggetti biologici.

I carboidrati sono i più comuni materia organica per terra. La relazione tra la struttura dei carboidrati e le funzioni biologiche. Patologie dovute al metabolismo alterato dei carboidrati nel corpo.

I normali livelli di zucchero nel sangue sono costanti. Nel sangue del feto è 35 - 115 mg%, nei neonati - 20 - 30 mg%, nei bambini - 80 - 120 mg%, negli adulti - 70 - 100 mg%, negli anziani - 85 - 110 mg% . Le variazioni della glicemia sono caratterizzate da alcuni disturbi del metabolismo dei carboidrati.

L'iperglicemia è una condizione del corpo caratterizzata da un aumento dei livelli di zucchero nel sangue. Le cause dell'iperglicemia possono essere fisiologiche (consumo di grandi quantità di carboidrati, vari stati emotivi, ecc.) e patologici (diabete mellito, malattie croniche, tumori cerebrali, malattie mentali). Il diabete mellito è una forma di disturbo del metabolismo dei carboidrati.

Lavoro di laboratorio 3. Rilevazione di carboidrati in oggetti biologici.

Dimostra la presenza di carboidrati negli oggetti biologici: le sostanze biologiche più importanti.

Lipidi. Il ruolo dei lipidi nell'emergere di una certa autonomia di un tale sistema biologico come una cellula.

Lavoro di laboratorio 4. Rilevazione di lipidi in oggetti biologici.

Acidi nucleici. Il modello Watson e Crick.

Lavoro di laboratorio 5. Reazione qualitativa al DNA.

Argomento III. Piano generale della struttura delle cellule degli organismi viventi. (10 ore)

Organelli di membrana della cellula. Organelli cellulari non di membrana. Procarioti ed eucarioti. Cellule eucariotiche animali e vegetali.

Lavoro di laboratorio 6. Caratteristiche della struttura di procarioti ed eucarioti.

Membrana. Modello moderno della struttura della membrana cellulare.

Il citoscheletro - i suoi componenti e funzioni in diversi tipi di cellule.

Endocitosi e funzione dei recettori di membrana.

Le grandi molecole di biopolimeri non vengono praticamente trasportate attraverso le membrane, ma possono entrare nella cellula a causa dell'endocitosi. Si divide in fagocitosi e pinocitosi. Questi processi sono associati ad un'attività vigorosa e alla mobilità del citoplasma.

Prospettive per lo sviluppo della membranologia.

Attività di laboratorio 7. Proprietà fisiologiche della membrana cellulare.

Argomento IV. Metabolismo. (6 in punto).

Fonti di energia cellulare. Eterotrofi e autotrofi. I mitocondri sono centrali elettriche. Schema di sintesi dell'ATP.

Il meccanismo della fotosintesi e della chemiosintesi.

ribosomi. Tipi e strutture dei ribosomi nei procarioti e negli eucarioti. Biosintesi proteica. Trasmissione. Regolamento di trascrizione e traduzione.

Tema V. Apparato nucleare e riproduzione cellulare (6 ore).

1. Il concetto di cromatina. Il nucleo di una cellula eucariotica. carioplasma.

2. Ciclo vitale cellule. Riproduzione cellulare. Il concetto di "cellule staminali". La "Teoria delle cellule staminali" è una svolta nella biologia e nella medicina moderne.

3. Invecchiamento cellulare.

Il cancro è la malattia più pericolosa nell'uomo e negli altri esseri viventi.

Lavoro di laboratorio 8. Mitosi nelle cellule della radice di cipolla.

Argomento VI. Evoluzione cellulare. (2 ore).

Convegno finale "Stadi primari dell'evoluzione biologica sulla Terra".

La teoria dell'evoluzione dei procarioti e degli eucarioti.

Progettazione tematica del corso a scelta "Enigmi di una cellula vivente".

Argomento	Numero
Argomento 1. Cella: Storia dello studio (3 ore) 1. La storia della cellula. Introduzione alla citologia. 2. Creazione della teoria cellulare. Metodi per lo studio delle cellule. 3. L. p. No. 1. Dispositivo microscopio e tecnica di microscopia.
Argomento 2. Chimica della cellula. (8 in punto) 1. Elementi chimici cellule. Il ruolo dell'acqua in un sistema vivente. 2. Chimica delle proteine. L.R. # 2. Prova di proteine ​​come biocatalizzatori (enzimi) 3. Fenomeni patologici in assenza di proteine ​​negli alimenti. 4. L.r. № 3. Rilevazione di proteine ​​in oggetti biologici. 5. I carboidrati sono la materia organica più abbondante sulla Terra. 6.L.R. № 4. Rilevazione di carboidrati in oggetti biologici. 7. Lipidi. L.R. № 5. Rilevazione di lipidi in oggetti biologici. 8. N.K. L.R. № 6. Reazione qualitativa al DNA.
Argomento 3. (10 ore). 1. Membrana. Modello moderno della struttura della membrana cellulare. 2.Il citoscheletro - i suoi componenti e funzioni in tipi diversi cellule. 3. Trasporto di membrana. 4. Endocitosi e funzione dei recettori di membrana. 5 - 6 Organelli di membrana. 7 - 8 Organelli cellulari non di membrana. L.r.№7. Caratteristiche della struttura di procarioti ed eucarioti 9.L.R. № 8. Proprietà fisiologiche della membrana cellulare. 10. Seminario.
Argomento 4. Metabolismo (6 ore). 1. Fonti di energia della cellula. Eterotrofi e autotrofi. 2.Schema di sintesi dell'ATP. I mitocondri sono centrali elettriche. 3. Il meccanismo della fotosintesi. Chemiosintesi. 5. Biosintesi delle proteine. Seminario. 6. Seminario.
Argomento 5. 1. Il concetto di cromatina. Il nucleo di una cellula eucariotica. carioplasma. 2. Il ciclo di vita della cellula. Riproduzione cellulare. 3. La teoria delle cellule staminali. 4. Invecchiamento e morte. 5.L.R. No. 9. Mitosi nelle cellule della radice di cipolla. 6. Seminario.
Tema 6. Evoluzione cellulare (2 ore) Seminario. 1-2. Convegno finale "Stadi primari dell'evoluzione biologica sulla Terra".

Lavoro di laboratorio. Argomento. Il dispositivo dei microscopi ottici e la tecnica della microscopia.

Obbiettivo. Sulla base della conoscenza del dispositivo di un microscopio ottico, padroneggiare la tecnica della microscopia e la preparazione di micropreparazioni temporanee. Leggi le regole per la progettazione del lavoro di laboratorio.

Attrezzatura... Microscopio per ogni studente. Vetrini e coprioggetti, pipette, bicchieri d'acqua, ovatta, pinzette, forbici, quaderno, album. Schema del dispositivo microscopio e delle sue parti.

Progresso.

Esaminare le parti principali del microscopio: meccanica, ottica e illuminazione.

La parte meccanica comprende un treppiede, un tavolino, un tubo, un revolver, viti macro e micrometriche.

La parte ottica del microscopio è rappresentata da oculari e obiettivi. L'oculare (latino oculus - occhio) si trova nella parte superiore del tubo ed è rivolto verso l'occhio.

Si tratta di un sistema di lenti chiuso da una manica. Dal numero sulla superficie superiore dell'oculare, si può giudicare il fattore di ingrandimento (x 7, x 10, x 15). L'oculare può essere rimosso dal tubo e sostituito secondo necessità. Sul lato opposto del tubo c'è un piatto rotante, o un revolver (latino rewolvo - io ruoto), in cui ci sono tre prese per obiettivi. Obiettivo: un sistema di obiettivi, hanno un ingrandimento diverso. Distinguere tra una lente a basso ingrandimento (x 8), una lente ad alto ingrandimento (x 40) e una lente ad immersione per studiare piccoli oggetti (x 90).

L'ingrandimento totale del microscopio è uguale all'ingrandimento dell'oculare moltiplicato per l'ingrandimento dell'obiettivo.

La parte illuminante è costituita da uno specchio, un condensatore e un diaframma.

Il condensatore si trova tra lo specchio e il palco. Ha due lenti. Per spostare il condensatore c'è una vite posta davanti al microscopio e la vite macroscopica. Quando il condensatore è abbassato, l'illuminazione diminuisce e quando è alzato, aumenta. Modificando la posizione delle piastre del diaframma, tramite un'apposita manopola, è possibile regolare l'illuminazione.

Esercizio. Disegna il microscopio e segna le sue parti.

Regole per lavorare con un microscopio.

1. Imposta il microscopio con un treppiede verso di te, con un tavolino lontano da te.

2. Mettere la lente a basso ingrandimento nella posizione di lavoro.

3. Guardando attraverso l'oculare con l'occhio sinistro, ruotare lo specchio in direzioni diverse fino a quando il campo visivo è illuminato in modo luminoso e uniforme.

4.Posizionare il campione preparato sul tavolino (coperchio in alto) in modo che l'obiettivo si trovi al centro dell'apertura del tavolino.

5.Sotto controllo visivo, abbassare lentamente il tubo utilizzando una macrovite in modo che l'obiettivo si trovi a una distanza di 2 mm dal campione.

6. Guardare attraverso l'oculare e sollevare lentamente il tubo finché non appare un'immagine dell'oggetto.

7. Per procedere all'esame dell'oggetto ad alto ingrandimento del microscopio, è necessario centrare il campione, ad es. posizionare l'oggetto al centro del campo visivo.

8. Ruotando il revolver, spostare l'obiettivo ad alto ingrandimento nella posizione di lavoro.

9. Abbassare il tubo sotto controllo oculare (guardare non nell'oculare, ma di lato) fin quasi a toccare la preparazione.

10. Guardando attraverso l'oculare, sollevare lentamente il tubo finché non appare l'immagine.

11.Utilizzare una vite microscopica per la messa a fuoco fine.

12. Quando si disegna la preparazione, guardare nell'oculare con l'occhio sinistro.

Esercizio. Riscrivi le regole per lavorare con un microscopio in un quaderno per il lavoro di laboratorio.

Metodo di preparazione temporanea.

1. Prendi un vetrino da microscopio, tenendolo per i bordi laterali, e mettilo sul tavolo.

2. Posiziona un oggetto al centro del bicchiere, ad esempio pezzi di cotone idrofilo lunghi 1,5 cm.Utilizzando una pipetta, applica una goccia d'acqua sull'oggetto.

3. Mettere un vetrino coprioggetto sul vetrino del microscopio.

4. Considera il prodotto finito.

5. Disegna nell'album come appaiono le fibre di cotone a bassi e alti ingrandimenti.

Esame microscopico dei protozoi.

1. Prendi l'acqua da un acquario di molto tempo fa. Prendi una goccia insieme a un rametto di alghe o una foglia di lenticchia d'acqua e guarda attraverso un microscopio a basso ingrandimento. Di solito sono visibili una varietà di protozoi: scarpe, amebe - vivono liberamente e attaccati alle alghe (suvoy). L'acqua può contenere piccoli vermi e crostacei (ciclopi, dafnie). Mentre guardi questo farmaco, puoi esercitarti a puntare il microscopio su oggetti in movimento. (Cioè, impara come riparare il microscopio).

Regole per la progettazione del lavoro di laboratorio.

Un elemento necessario dello studio microscopico di un oggetto è il suo schizzo in un album; avere un album 30x21 cm e una matita (normale e colorata).

1. Puoi disegnare solo su un lato del foglio.

2. Prima di iniziare a disegnare, nella parte superiore della pagina, annota il nome dell'argomento.

3. Il disegno dovrebbe essere grande, i dettagli sono chiaramente visibili.

4. Il disegno dovrebbe visualizzare correttamente i moduli; il rapporto tra il volume e le dimensioni delle singole parti e il tutto.

Per prima cosa devi disegnare il contorno dell'oggetto (grande), quindi all'interno dei contorni dei dettagli e quindi disegnarli chiaramente.

5. Disegna, ripetendo chiaramente tutte le linee dell'oggetto. Per fare questo, non devi distogliere lo sguardo dal microscopio, ma solo spostare la tua attenzione dall'oggetto al disegno (devi imparare questo).

6. Per ogni figura è necessario dare una designazione delle parti. Tutte le etichette devono essere parallele tra loro. Le frecce sono posizionate sulle singole parti dell'oggetto, un nome è scritto di fronte a ciascuna. Per svolgere attività di laboratorio, è necessario disporre di un album e di un taccuino per la registrazione di materiale testuale e l'esecuzione di diagrammi.

Lavoro di laboratorio. Argomento. Caratteristiche della struttura delle cellule di procarioti ed eucarioti. Cellule di piante e animali.

Obbiettivo. Sulla base dello studio delle cellule di batteri (procarioti), piante e animali (eucarioti), trova le principali caratteristiche di somiglianza nella struttura di batteri, animali e piante come indicatore dell'unità dell'organizzazione delle forme viventi.

Attrezzatura.

1.Microscopio.

2. Diapositive e coprioggetto.

3. Pipette, bicchieri d'acqua, pinzette, bisturi, infuso di iodio, soluzione acquosa di mascara.

4. Fucsina, blu di metilene, infuso di carne, pesce o verdure, pellicola di cipolla.

Tabella della struttura delle cellule batteriche, vegetali e animali.

Progresso.

1. Preparare in anticipo un infuso di vari prodotti: carne, pesce, albume.

2. Macinare una piccola quantità di materiale e metterla in un pallone, aggiungere il gesso sulla punta del bisturi. Versare 2/3 del volume con acqua.

3. Tenere il pallone con l'infuso caldo (scuro) per 3 - 5 giorni. Durante questo periodo, molti batteri diversi si accumulano nell'ambiente.

4. Mettere una goccia di infusione sul vetrino. Considera il farmaco usando una lente x 40, ma puoi provare x 90. (Il farmaco temporaneo viene preparato secondo le regole presentate nel lavoro precedente).

5.Aggiungi una goccia di mascara. Sullo sfondo generale, le cellule batteriche non sono colorate.

6. Disegna cellule batteriche.

7. Preparare preparati temporanei di cellule vegetali e animali.

Separare le squame carnose da un pezzo di cipolla. C'è una pellicola sottile all'interno. Rimuovere il film, tagliare. Mettere su un vetrino, pipettare una soluzione di iodio, gocciolare su una pellicola, coprire con un coprioggetto. Visualizza a basso ingrandimento. Grandi nuclei arrotondati nelle cellule sono colorati di giallo con iodio.

Trasferisci ad alto ingrandimento e trova la parete cellulare. Nel nucleo si possono vedere 1-2 nucleoli, a volte è visibile la struttura granulare del citoplasma.

I vuoti non colorati nel citoplasma delle cellule sono vacuoli.

8. Disegna alcune celle. Designare: 1) il guscio; 2) il citoplasma; 3) il nucleo; 4) vacuoli (se visibili).

Puoi preparare una preparazione di foglie di elodea. Puoi vedere i cloroplasti - plastidi verdi. I nuclei nelle cellule non colorate non sono visibili.

9. Le cellule animali possono essere visualizzate sul prodotto finito. Schizzo. La figura dovrebbe indicare: 1) la conchiglia; 2) citoplasma; 3) il nucleo.

10. Avere una discussione comune.

Quali disposizioni della teoria cellulare possono essere confermate dai risultati di questo lavoro?

Lavoro di laboratorio. Argomento. Rilevazione di proteine ​​in oggetti biologici.

Obbiettivo. Dimostrare la presenza di proteine ​​negli oggetti biologici.

Attrezzatura.

Portaprovette, pipetta, bagnomaria, contagocce.

Soluzione di albume d'uovo, soluzione di NaOH al 10%, solfato di rame all'1%, ninidrina (soluzione acquosa allo 0,5%), acido nitrico (concentrato).

Reazione del biureto alla determinazione del legame peptidico. Il metodo si basa sulla capacità di un legame peptidico in un mezzo alcalino di formare composti complessi colorati con solfato di rame.

Progresso.

1.In una provetta aggiungere 5 gocce di albume all'1% (la proteina viene filtrata attraverso una garza, quindi diluita con acqua distillata 1:10), tre gocce di soluzione di idrossido di sodio al 10% e 1 goccia di soluzione di solfato di rame all'1% e mescolare.

Il contenuto della provetta diventa blu-viola.

Reazione della ninidrina. Proteine, polipeptidi e aminoacidi liberi danno un colore blu o viola con la ninidrina.

Progresso.

1.Prendere 5 gocce di una soluzione di albume al 10%, aggiungere 5 gocce di una soluzione acquosa allo 0,5% di ninidrina e scaldare.

Dopo 2-3 minuti si sviluppa un colore rosa o blu-viola.

Reazione xantoproteina (greco xantos - giallo). Con l'aiuto di questa reazione, gli amminoacidi ciclici si trovano nella proteina, che contengono anelli benzenici (triptofano, tirosina e altri).

Progresso.

1,5 gocce di soluzione di albume all'1%, aggiungere 3 gocce di acido nitrico concentrato (con cautela) e scaldare. Dopo il raffreddamento, aggiungere alla provetta 5-10 gocce di soluzione di idrossido di sodio al 10% fino a quando non appare un colore arancione (è associato alla formazione del sale sodico di questi nitrocomposti).

Lavoro di laboratorio. Argomento. Rilevazione di carboidrati in oggetti biologici.

Obbiettivo. Dimostrare la presenza di carboidrati negli oggetti biologici.

Attrezzatura. Portaprovette. Pipette, bagnomaria.

Soluzione di amido all'1%, soluzione di saccarosio all'1%, soluzione di fruttosio all'1%, soluzione di iodio all'1% disciolta in ioduro di potassio, naftolo sciolto in alcol 50 mm (prima di bere, diluito 5 volte con acqua), soluzione alcolica all'1%, timolo.

Acido solforico concentrato, reattivo di Selivanov: 0,5 g di resorcina sciolti in 100 ml di acido cloridrico al 20%

Rilevamento dell'amido.

Progresso.

1. In una provetta aggiungere 10 gocce di soluzione di amido all'1% e una goccia di soluzione di iodio all'1% in ioduro di potassio.

Si osserva una colorazione blu-viola.

Rilevazione di carboidrati.

Per reazione con naftolo o timolo, si trovano piccole quantità di carboidrati o componenti di carboidrati in composti complessi.

Progresso.

1. In due provette aggiungere 10 gocce di soluzione di saccarosio all'1%.

Aggiungere 3 gocce di soluzione alcolica all'1% di naftolo a una. In un'altra provetta - 3 gocce di una soluzione alcolica all'1% di timolo. In entrambi (con attenzione) versare 0,5 ml di acido solforico concentrato e al confine dei due liquidi osservare la colorazione viola in provetta con naftolo e rossa in provetta con timolo.

Rilevazione del fruttosio (reazione di Selivanov).

Il fruttosio, riscaldato con acido cloridrico e resorcina, conferisce un colore rosso ciliegia.

Progresso.

1.Versare 10 gocce del reagente di Selivanov 2 gocce di soluzione di fruttosio all'1% in una provetta e scaldare delicatamente (apparirà un colore rosso).

Lavoro di laboratorio. Argomento. Rilevazione di lipidi in oggetti biologici.

Obbiettivo. Dimostrare la presenza di lipidi negli oggetti biologici.

Attrezzatura.

1. Treppiede con provette, bagnomaria, pipetta, bicchieri di vetro, bastoncini, garza.

2. Letticina, soluzione alcolica (tuorlo d'uovo di gallina), colesterolo, soluzione di cloroformio all'1%, acido solforico concentrato, acetone.

Rilevazione di lecitina.

La lecitina appartiene al gruppo dei fosfolipidi, fa parte delle membrane cellulari. Costituisce la maggior parte del tessuto cerebrale.

Progresso.

1.Versare 10 gocce di acetone in una provetta asciutta; mettere in un bicchiere? tuorlo d'uovo di gallina.

Mescolando con un bastoncino, aggiungere goccia a goccia 40 ml di alcool caldo.

Quando la soluzione si è raffreddata, filtrarla in una provetta asciutta. Il filtrato dovrebbe essere limpido. Il reagente deve essere preparato prima dell'uso. Si forma un precipitato bianco.

Rilevazione del colesterolo.

Il colesterolo è una sostanza simile al grasso di grande importanza per l'organismo. Entra nelle membrane di molti organi e tessuti, è un precursore degli acidi biliari, della vitamina D, degli ormoni sessuali, degli ormoni della corteccia surrenale. La reazione si basa sulla sua capacità di rilasciare acqua e condensare in composti colorati.

Progresso.

1.Versare 10 gocce di soluzione cloroformica di colesterolo all'1% in una provetta asciutta e versare (con cautela) 0,5 ml di acido solforico concentrato lungo la parete del recipiente. Agitare (delicatamente). Appare una colorazione rosso-arancio dello strato superiore di cloroformio.

Lavoro di laboratorio. Argomento. Evidenze del funzionamento delle proteine ​​come biocatalizzatori (enzimi).

Obbiettivo. Per dimostrare l'azione catalitica delle proteine ​​- enzimi, per mostrare la loro elevata specificità, la più alta attività nell'ambiente fisiologico.

Attrezzatura. Rack con provette, pipette da 1 ml, bagnomaria, termostato.

Soluzione di amido all'1%, soluzione di saccarosio, soluzione di iodio all'1% in ioduro di potassio, soluzione di solfato di rame al 5%, soluzione di idrossido di sodio al 10%, soluzione di saccarosio al 2%, soluzione di acido cloridrico allo 0,2%.

Progresso.

1. Idrolisi enzimatica dell'amido.

L'amilasi salivare agisce come un enzima che idrolizza l'amido nelle sue parti costituenti (maltosio, glucosio). La valutazione dei risultati dell'esperimento viene effettuata utilizzando reazioni di colore con iodio della reazione di Trommer.

L'amido non idrolizzato dà una colorazione blu con iodio e una reazione di Trommer negativa. I prodotti di idrolisi dell'amido non reagiscono con lo iodio, ma reagiscono positivamente al reagente di Trommer.

1. Versare 10 gocce di soluzione di amido all'1% in due provette.

2. In uno di essi (provetta n. 1) aggiungere 4 gocce d'acqua (controllo).

Nella seconda (provetta n. 2) aggiungere 4 gocce di soluzione di saliva, diluire la saliva 5 volte.

3. Mescolare e mettere a bagnomaria o termostato per 15 minuti. a 37 gradi C.

4. Prendere 4 gocce della sostanza in esame dalla provetta e aggiungerle a 2 provette diverse.

5. In uno aggiungere una goccia di una soluzione all'1% di iodio in ioduro di potassio.

All'altro aggiungere una goccia di soluzione di solfato di rame al 5% e 4 gocce di soluzione di idrossido di sodio al 10% e portare ad ebollizione dolcemente (reazione di Trommer).

6. Eseguiamo la stessa procedura con il contenuto della provetta n. 2. Il risultato dovrebbe mostrare che in presenza di acqua non si verifica l'idrolisi dell'amido e la reazione con lo iodio dovrebbe essere positiva. La reazione di Trommer è negativa (l'idrossido di ossido di rame è blu). In presenza di amilasi salivare, i risultati dovrebbero essere opposti, poiché si è verificata l'idrolisi dell'amido.

Non c'è stata reazione con lo iodio e nella reazione di Trommer si è verificato un colore rosso mattone (ossido di rame I).

II. Specificità dell'azione enzimatica.

Ogni enzima agisce su una sola sostanza o su un gruppo di substrati simili. Ciò è dovuto alla corrispondenza della struttura dell'enzima, del suo centro attivo e della struttura del substrato. Ad esempio, l'amilasi agisce solo sull'amido.

Preparazione del saccarosio.

Macinare 1.100 g di lievito e aggiungere acqua (400 ml). Dopo 2 ore filtrare e conservare in frigorifero.

2. In due provette (n. 1 e n. 2) aggiungere 10 gocce di soluzione di amido all'1% ciascuna.

Aggiungere 10 gocce di soluzione di saccarosio al 2% alle provette n. 3 e n. 4.

3. Nelle provette n. 1 e n. 3 aggiungere 4 gocce di soluzione di saliva, diluita 5 volte.

Aggiungere 4 gocce di saccarosio alle provette n. 2 e n. 4.

4. Mescolare e lasciare in un termostato per 15 minuti a una temperatura di 37 gradi. CON.

5. Quindi, con il contenuto di tutte e quattro le provette, eseguire le reazioni con iodio e Trommer

Determinazione della specificità dell'azione enzimatica

Nelle conclusioni, va notato in quale provetta e in quali condizioni è stata rilevata l'azione dell'enzima e perché.

III. L'influenza del pH del mezzo sull'attività degli enzimi.

Per ogni enzima esiste un certo valore della reazione dell'ambiente, al quale mostra la massima attività. Una variazione del pH del terreno provoca una diminuzione o una completa inibizione dell'attività enzimatica.

1.Aggiungere 1 ml di acqua distillata in 8 provette.

2. Aggiungere 1 ml di soluzione di acido cloridrico allo 0,2% nella provetta n. 1. Mescolare.

3. Prendere un ml della miscela dalla provetta n. 1 e trasferirlo nella provetta n. 2. Mescolare, versare 1 ml e trasferire nella provetta n. 3, ecc.

4. Prendere 1 ml dalla provetta n. 8 e gettare. Otteniamo diverso pH dell'ambiente.

4. In ogni provetta aggiungere 2 ml di soluzione di amido all'1% e 1 ml di soluzione di saliva diluita 1:10.

5. Agitare le provette e porre in un termostato per 15 minuti a 37 gradi. CON.

6. Raffreddare e aggiungere una goccia di soluzione all'1% di iodio in ioduro di potassio a tutte le provette.

L'idrolisi completa avverrà nelle provette n. 5 e n. 6, dove il pH del mezzo di soluzione è compreso tra 6,8 e 7,2, ad es. ottimale per l'azione dell'amilasi.

Lavoro di laboratorio. Argomento. Isolamento della deossinucleoproteina dal tessuto della milza (fegato). Reazione qualitativa del DNA.

Obbiettivo. Dimostrare che una grande quantità di acidi nucleici è contenuta sotto forma di un composto con proteine ​​(desossinucleoproteina - DNP), in tessuti ricchi di nuclei (milza, ghiandola del timo).

Attrezzatura. Rack con provette, mortaio e pestello, polvere di vetro, pipetta, cristallizzatore, cilindri graduati da 50 ml e 300 ml, pipette da 1 ml, bastoncini di legno dentellati, bagnomaria, garza filtrante, cloruro di sodio, soluzione al 5%, contenente sodio trisostituito allo 0,04% nitrato, soluzione di idrossido di sodio allo 0,4%, reagente alla difenilammina (sciogliere 1 g di difenilammina in 100 ml di acido acetico glaciale. Aggiungere alla soluzione 2,75 ml di acido concentrato), milza (fegato fresco o lievito congelato a RNA, soluzione allo 0,1% appena preparata .

Progresso.

1. Isolamento della desossinucleoproteina (DNP) dal tessuto della milza (fegato).

Il metodo si basa sulla capacità del DNP di dissolversi in soluzioni saline ad elevata forza ionica e di precipitare quando la loro concentrazione diminuisce.

Macinare accuratamente 2 - 3 g di tessuto di milza in un mortaio con polvere di vetro, aggiungendo gradualmente 35 - 40 ml di soluzione di cloruro di sodio.

Filtrare la soluzione viscosa risultante attraverso due strati di garza in un cristallizzatore. Utilizzare un cilindro per misurare sei volte (rispetto al filtrato) il volume di acqua distillata e versare lentamente nel filtrato.

Avvolgere con cura i fili DNP formati su un bastoncino di legno, trasferirli in una provetta per l'uso.

2. Reazione qualitativa al DNA.

Il metodo si basa sulla capacità del desossiribosio, che è incluso nel DNA della desossiribonucleoproteina, di formare composti blu con la difenilammina quando riscaldato in un mezzo che contiene una miscela di acido acetico glaciale e acido solforico concentrato.

Con l'RNA ribosio, una reazione simile dà una colorazione verde.

Aggiungere 1 ml di soluzione di idrossido di sodio allo 0,4% a 1/4 del sedimento DNP (fino a dissoluzione). Aggiungere 0,5% ml di reagente difenilammina. Mescolare il contenuto della provetta e porre in un bagnomaria bollente (15 - 20 minuti).

Eseguire una reazione simile in un'altra provetta con 1 ml di soluzione di RNA.

Notare la colorazione caratteristica.

Lavoro di laboratorio. Argomento. Proprietà fisiologiche della membrana cellulare.

Obbiettivo. Dimostrare che la membrana cellulare è selettivamente permeabile. Dimostrare visivamente il ruolo della membrana nel processo di fagocitosi e pinocitosi, oltre a familiarizzare con la plasmolisi cellulare, il processo di separazione del protoplasto (contenuto cellulare) dalle pareti cellulari.

Attrezzatura.

Microscopi, coprioggetto e vetrini, bisturi, aghi da dissezione, carta da filtro, pipette, inchiostro.

Coltura di ciliati o coltura tissutale su terreno nutritivo, coltura di amebe, pezzi di pianta elodea.

Soluzioni di cloruro di potassio, soluzioni di cloruro di calcio, cloruro di magnesio, soluzione di albumina al 2%, soluzione di cloruro di sodio al 10%, acqua distillata.

Progresso.

1.In una soluzione debole di cloruro di sodio o di potassio, posizionare ciliati o pezzi di tessuto coltivato.

2. Preparare una preparazione per il microscopio.

3. Si può osservare un restringimento cellulare, che indica la permeabilità della membrana cellulare. In questo caso, l'acqua della cella viene rilasciata nell'ambiente.

4. Trasferire le cellule in una goccia di acqua distillata o aspirare la soluzione da sotto il vetro di copertura utilizzando carta da filtro e sostituirla con acqua distillata. Osserva come le cellule si gonfiano quando l'acqua entra in esse.

5. Collocare ciliati o pezzi di tessuto coltivato in una soluzione di cloruro di calcio o cloruro di magnesio a bassa concentrazione.

I ciliati e le cellule in coltura continuano a vivere. Gli ioni calcio e magnesio riducono la permeabilità della membrana cellulare. Il movimento dell'acqua attraverso il guscio non si verifica.

6. Mettere le amebe in una goccia di soluzione di albumina al 2% (albume d'uovo di gallina).

Preparare una preparazione per il microscopio. Dopo un po ', sulla superficie delle amebe si formano bolle, sporgenze, tubuli. Si ha l'impressione che la superficie delle amebe stia "bollendo". Questo è accompagnato da un intenso movimento del fluido sulla superficie della membrana.

Le bolle liquide sono circondate da sporgenze citoplasmatiche, che poi si chiudono. Le vescicole pinocitiche a volte compaiono all'improvviso. Ciò suggerisce che le goccioline liquide, insieme a una sostanza solubile in essa, vengono rapidamente catturate. La pinocitosi è causata da sostanze che abbassano la tensione superficiale della membrana cellulare. Ad esempio, amminoacidi, alcuni sali.

7. In una goccia di liquido contenente ameba, aggiungi un po' di mascara. Prepara il farmaco. Dopo un po', le amebe iniziano a muoversi lentamente verso i grani della carcassa, liberando pseudopodi (pseudopodi).

I grani di carcassa sono attaccati alla superficie degli pseudopodi, circondati da essi, e dopo un po' sono immersi nel citoplasma.

Al microscopio si osserva il fenomeno della fagocitosi nell'ameba.

Requisiti primari.

Gli studenti dovrebbero sapere:

1.dispositivo del microscopio e lavorarci;

2. la posizione della teoria cellulare;

3. la somiglianza e la differenza tra cellule vegetali e animali;

4. il ruolo delle sostanze chimiche e dei composti nella cellula;

5. principali componenti e organelli della cellula;

6.caratteristiche di procarioti ed eucarioti;

7. patologia del metabolismo delle proteine, dei carboidrati;

8. Il valore dei singoli elementi minerali.

Gli studenti dovrebbero essere in grado di:

1. lavorare con un microscopio;

2. nominare le parti principali della cella, "riconoscerle" sul diagramma, fotografare;

3. effettuare i preparativi più semplici per l'esame microscopico;

4. formulare correttamente il lavoro di laboratorio;

5. lavorare in modo indipendente con ulteriore letteratura e utilizzare le moderne tecnologie.

Letteratura per l'insegnante.

1. Welsh U., Storch F. Introduzione alla citologia. Traduzione da esso. M. Mir, 1986

2. Zavarzin A.A. Altro. Biologia cellulare. - ed. SPbSU, 1992

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

4. Agnello M. Biologia dell'invecchiamento - M. Mir, 1980

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

6.Liberman E.A. cellula vivente... M.Mir, 1985

7.MV Ermolaev Chimica biologica. Mosca "Medicina", 1984

8. Biologia generale. A.O. Ruvinsky Mosca "Educazione", 1993

Letteratura per studenti.

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

2. De Duve K. Viaggio nel mondo di una cellula vivente. M.Mir, 1982

3.Liberman E.A. cellula vivente. M. Mir, 1987

4. Campo P., Arms K. Introduzione alla biologia.

L'aspetto principale quando si studia il corso dovrebbe essere mirato a lavoro attivo studenti in classe sotto forma di dialogo insegnante-studente, discussione attiva sotto forma di studente-studente, studente-insegnante.