Tento materiál je určený výhradne pre edukačné účely predmetu … · 2020. 9. 25. · • Tento materiál je určený výhradne pre edukačné účely predmetu Lekárska biofyzika

• Tento materiál je určený výhradne pre edukačné účely predmetu Lekárska biofyzika v 1 ročníku

všeobecného lekárstva a Zubného lekárska Lekárskej fakulty UK v Bratislave v akademickom roku

2020/2021.

• Pri materiáloch použitých pre lepšiu vizualizáciu témy sú uvedené zdroje. Individuálne edukačné

použitie tohto materiálu nedáva oprávnenie k jeho ďalšej distribúcii.

Kontakt: doc. RNDr. Martin Kopáni, PhD

Mail: [email protected]

Pracovisko LF UK: Ústav lekárskej fyziky, biofyziky, informatiky a telemedicíny

Web: https://www.fmed.uniba.sk/pracoviska/teoreticke-ustavy/ustav-lekarskej-fyziky-biofyziky-informatiky-a-telemediciny-lf-uk/

Martin Kopáni

[email protected]

Transportné javy

Pokojový membránový potenciál

Transportné javy

intracelulárny vs. extracelulárny priestor

24. 9. 2020 424. 9. 2020 424. 9. 2020 4

*- membránou ohraničený systém, naplnený vodným roztokom

chemických prvkov a rôznych zlúčenín

- otvorený systém, vymieňajúci si s vonkajškom energiu, informáciea látky

Bunka - štruktúra

https://www.thinglink.com/scene/356538109829054465

24. 9. 2020 524. 9. 2020 524. 9. 2020 5

- základné fyziologické funkcie: - oddeľuje cytoplazmu - obaľuje organely- zabezpečuje bunkový transport - vytvára elektrický potenciál – dráždivosť a vzrušivosť

– imunitná funkcia

- rozmnožovanie...

Funkcia bunkovej membrány

Bunková membrána – štruktúra, funkcia

hydrofilná

http://apbiomaedahs.weebly.com/2b-cell-homeostasis---cell-membrane-processes.html

Bunková membrána – štruktúra, funkcia

Ektoproteíny – vonkajšia strana membrány

Endoproteíny – vnútorná strana membrány Aktívny transport

memb. póry - priepustnosť

Bunková membrána – hrúbka 5 – 7 nm

http://www.cytochemistry.n

et/_Media/membr1_med_h

r.jpeg

1. Priepustnosťou (permeabilita)

2. pružnosťou (elasticita)

3. tvárnosť (plasticita)

4. nepriepustnosť pre nabité molekuly

5. povrchové napätie, ...

Anestéza - zmena fyzikálnych vlastností bunkovej membrány

Bunková membrána – vlastnosti

Mechanizmus transportu cez bunkovú membránu

pasívny aktívny

a) difúzia b) osmóza a) Iónové kanály

b) proteínom sprostredkovaný prenos –

mechanicky, elektricky, chemicky

riadené kanály

c) endocytóza, exocytóza, ...

Samovoľný = Nie je potrebná

energia

potrebná energia

ATP ADP

Difúzia – samovoľné prenikanie molekúl z miesta s vyššou koncentráciou látky na miesto s nižšou koncentráciou tejto látky, kým nenastane rovnováha (vyrovnanie

koncentrácií).

Osmóza – samovoľné prenikanie molekúl rozpúšťadla (vody) cez polopriepustnú

membránu z miesta s menšou koncentráciou rozpustenej látky (soli, proteíny, ...)

na miesto s vyššou koncentráciou rozpustenej látky (soli, proteíny, ...)

Pasívny transport - difúzia

http://faculty.southwest.tn.edu/rburkett/GB1-osmosis.htm

Difúzia cez bunkovú membránu

Základná podmienka – rozdiel koncentrácií (k. gradient)

Nepolárne nízkomolekulárne - O2, N2, H2, CO2, lipofilné molekuly

glukóza

najväčší koncentračný nulový koncentračný

gradient gradient

Fickov zákonMnožstvo difundovaných látok ~ plocha membrány . koncentračný gradient . priepustnosť m.

Rýchlosť difúzie ~ 1/(vzdialenosť) 2

hrúbka membrány

Účinná len na krátku vzdialenosť

Osmóza- samovoľné prenikanie molekúl rozpúšťadla (vody) cez polopriepustnú membránu

z miesta s menšou koncentráciou rozpustenej látky (soli, proteíny, ...) na miesto s

vyššou koncentráciou rozpustenej látky (soli, proteíny, ...)

Osmóza c – koncentrácia solí, proteínov, ...e – extraceleulárne prostredie

i – intracelulárne prostredie

izotonické prostr. hypotonické prostr. hypertonické prostr.

hypertonické - voda z bunky - bunka stráca vodu, zmenšuje svoj objem - plazmolýza

(pri prehnojení pôdy, pitie morskej vody, ...)

Hypotonické - voda do bunky - praskanie buniek (napr. popraskané plody čerešní po

dlhotrvajúcom daždi) - plazmoptýza

Osmóza

Pasívny transport

Aktívny transport – (s)potreba energie

1. Iónové kanály – viac ako 100 druhov

(porucha Cl- kanála – cystická fibróza)

2. Kanály na prenos mol. vody

3. Sodíkovo-draslíková pumpa

4. Protónová pumpa

Zdroje energie: ATP ADP

Oxidačno-redoxné reakcie

Svetelná energia

Čo sú to ióny a ako sa tvoria?

C+

Najdôležitejšie ióny:

Na+ K+ Ca 2+ Cl -

Aktívny transport

Prebrané:

http://www.google.sk/search?q=endocytosis+and+exocytosis&client=firefox-

a&rls=org.mozilla%3Ask%3Aofficial&channel=s&hl=sk&tbm=isch&oq=endocyt

o&gs_l=img.1.1.0l10.14363.18959.0.21295.8.7.0.1.1.0.637.1046.6j5-

1.7.0....0...1ac..24.img..0.8.1046.2zfqJbLk-LA

Vylučovanie

(exocytóza)

Prijímanie

(endocytóza)

Pasívne vs aktívne transportné javy cez bunkovú membránu

1)

Pasívne – bez spotreby energie

Aktívne – spotreba energie

2)

Pasívne – pohyb látky z miesta z vyššou koncentráciou na

miesto s nižšou koncentráciou = v smere koncentračného

gradientu

Aktívne – pohyb látky z miesta z nižšou koncentráciou na

miesto s vyššou koncentráciou = proti smeru koncentračného

gradientu

https://www.youtube.com/watch?v=g159zCnvpBs

Aktívny transport – 3.14 – 5.31

1. Vytvorenie rôznej koncentrácie proteínov, sacharidov, lipidov, ... v intra- a extracelulárnom priestore –

koncentračný gradient

2. Vytvorenie rôznej koncentrácie iónov – elektrický gradient

Elektrochemický gradient

Dôsledok transportných javov a

rozdielnej priepustnosti membrány

Vznik membránového (pokojového) potenciálu

Membránový

potenciál

Na+, Cl-, Ca2+

K+ proteíny-

prevaha záporných iónov intracelulárne

prevaha kladných iónov extracelulárne

Rozdiel elektrického potenciálu medzi vonkajšou a vnútornou stranou bunkovej membrány

Veľkosť membránového (pokojového) potenciálu

prevaha (+) náboja

extracelulárne

Udržiavanie pokojového potenciálu pomocou

sodíkovo-draslíkovej pumpy

Priepustnosť K+ 40x väčšia

ako priepustnosť Na+

Goldmanova rovnica - veľkosť pokojového membránového

potenciálu

kde R je univerzálna plynová konštanta, T je absolútna teplota a F je Faradayova

konštanta. PK, PNa, PCl sú koeficienty permeability membrány pre ióny K+, Na+ a Cl-

a [K+], [Na+] a [Cl-] sú koncentrácie iónov draslíka, sodíka a chlóru v intracelulárnom

– index i a v extracelulárnom priestore s indexom o.