Érettségi Portál 2016

Érettségi tételek, érettségi feladatok, érettségi tesztek



Érettségi feladatok
Érettségi tételek
A META-Don Bosco OKJ képzései
A Számalk-Szalézi Szakközépiskola tanfolyamai

A membránpotenciál

Beküldő: adminszamalk
Biológia tételek

Mit értünk membránpotenciálon? Mi a magyarázata a kialakulásának? Mennyiben különbözik egy élő sejt a sejtmodell fizikai rendszerétől? Hogyan mérhető a membránpotenciál? Mit értünk a hipo- és mit a hiperpolarizációján? Mi az akciós potenciák, és melyek a legfontosabb jellemzői?

1. Mit értünk membránpotenciálon ?

A membránpotenciál ionmegoszlási különbségeken alapuló feszültség a membrán két oldalán. Biológiai értelemben a membrán alatt a sejthártyát – sejtmembránt – értjük, a feszültség pedig a sejt belső tere és a sejten kívüli tér között van. Nyugalmi membránpotenciált minden élő sejt mutat, azaz mérhető potenciálkülönbség van a sejtek külső és belső tere között. Ez az úgynevezett nyugalmi potenciál tehát a növényi sejtekre is jellemző.

A membránpotenciál kialakulásának megértéséhez a membrán szerkezetéből és a membránon keresztül megvalósuló transzportfolyamatokból kell kiindulnunk.

A biológiai membránok főképpen foszfatidszármazékokból és különböző fehérjékből állnak. Alapszerkezete egy foszfatid-kettősréteg , melyben a foszfatidmolekulák hidrofób részükkel egymás felé fordulva apoláros középső réteget képeznek, míg poláros, hidrofil molekularészletük a membrán felszínét alkotja. A kettősréteg molekulái nem képesek kilépni a membránból, oldalirányú mozgásuk azonban jelentős.

Fontos szerkezeti építőelemek a membránfehérjék is. A fehérjék túlnyomó többsége apoláros és poláros molekularészletet egyaránt tartalmaz. Sok közöttük a glükoproteid, azaz olyan fehérjék, amelyek nem fehérjetermészetű molekularészlete szénhidrát. A fehérjék között találni olyanokat is, amelyek teljesen átérnek a kettős foszfolipid rétegen. Ezek általában apoláros részeikkel stabilan illeszkednek a kettősréteg apoláris csoportjai közé, ugyanakkor poláros részeik egymás felé fordulva szabályos “csatornákat” képeznek a membránon keresztül. Ezek a csatornák a kisméretű, poláris molekulák és ionok számára átjárást biztosítanak a membrán két tere, a külső tere és a sejten belüli belső tér között. Ugyanakkor a nagyobb méretű poláris molekulák számára – már csak méretüknél fogva is – a membráncsatorna nem átjárható

A sejthártya tehát féligáteresztő, szemipermeábilis tulajdonságú. Természetesen a membránra is érvényesek a fizika és a fizikai-kémia törvényszerűségei. Ha a membrán két oldala között valamilyen oknál fogva ionmegoszlás különbség lép fel a fizikai- kémia törvényszerűségeiből következő jelenségek fognak lejátszódni.

Induljunk ki egy egyszerű kísérletből. Tételezzük fel, hogy van egy üvegkádunk, amelyet egy biológiai membránnal tökéletesen elválasztva két félre osztunk. Az egyik részbe töltsünk egy liter 1 mólos nátrium-klorid, a másik felébe egy liter 1 mólos kálium-bromid oldatot. Rövid idő elteltével, bárhonnan is veszünk mintát az üvegkád két feléből, valamennyi iont egyenlő koncentrációban fogjuk benne találni. A membránon keresztül ugyanis diffúzió zajlott le, amelynek során az ionok koncentrációi kiegyenlítődtek.

Ha az üvegkád egyik oldalába ezután valamilyen fehérjeoldatot öntünk, azt tapasztaljuk, hogy az ionok megoszlása a membrán két oldalán nem marad egyforma, egy  olyan új egyensúly áll be, amelynek következtében az ionkoncentrációk eltérőek lesznek a két edényrészben, azaz a membrán két oldala között potenciálkülönbség lesz észlelhető.

A jelenség megértéséhez a fehérjék viselkedéséből kell kiindulni. A fehérjék nagyméretű molekulák, a membrán csatornáin, “pórusain” nem tudnak keresztüldiffundálni. Ugyanakkor disszociábilis molekulák, a többségük sok disszociábilis hidrogént tartalmaz, amelyek könnyen le is disszociálnak, miközben a fehérjemolekula egy óriási anionná válik. Ilyen összetétel jellemzi természetes körülmények között a sejtek belsejét. A szabaddá váló protonok kicsik, és oldatba lépésük következtében a koncentrációjuk a membrán két oldalán nem lesz azonos. Ezért diffúzióval megindulnak a membrán túloldala felé. Ezzel egyidejűen azonban elektrosztatikai okok miatt (a fehérje negatív töltésű) kationok is megindulnak a sejt belső tere felé, ezzel a saját diffúziós egyensúlyukat  megbontják. A helyzetet bonyolítja, hogy az egyes diffuzibilis (és a membránon is átférő) ionok nem azonos sebességgel mozognak, vannak gyorsabbak és vannak lassabbak is közöttük. Mindezek eredményeképpen egy szüntelen ionmozgáson alapuló, dinamikus egyensúlyi állapot jön létre a membrán két oldala között, amelyet Donnan-egyensúlynak nevezünk. A mérhető feszültség a membrán két oldala között a nyugalmi potenciál.

A Donnan-egyensúly állapotában a diffuzibilis ionok koncentrációinak szorzata azonos. Ezért a fehérje-aniont tartalmazó oldatban nagyobb lesz a nátrium – és a kálium-ionok koncentrációja mint a klorid- és a bromid koncentráció, a fehérjetartalmú térfélben nagyobb lesz a nátrium- és a kálium-ion koncentráció és kisebb a klorid- és a bromid-koncentráció mint a fehérjementes térfélben, valamint a fehérjetartalmú oldatrészben nagyobb lesz a diffuzibilis ionok koncentrációjának összege, mint a fehérjementes oldatrészben.

A membrápotenciál kialakítása szempontjából egy nagyon lényeges dologban. Az élő sejtek membránjaiban ionpumpák működnek. Közülük, a minden sejtre jellemző kálium-nátrium ionpumpák a legjelentősebbek. A kálium-nátrium pumpa egy speciális ATP-áz enzim, amely akkor hasítja a sejten belüli ATP-t miközben saját fehérjéjét foszforilálja, amikor a sejt citoplazmájában nátrium-iont köt meg, és akkor defoszforilálódik, amikor a sejtmembrán külső felszínén kálium-ion kapcsolódik hozzá. A Na-K pumpa tehát Na+ illetve K+ által aktivált ATP-áz enzim. A sejtek többségében úgy működik, hogy egy mól ATP hidrolízise során 3 mól nátrium-iont távolít el a sejtből és 2 mól kálium-iont hoz be a sejtbe. A  pumpa működésének eredményeképpen végül is egységnyi idő alatt pozitív töltésű ionokat veszít és a folyamat jelentősen hozzájárul a membránpotenciál kialakuláshoz. (A sejt a folyamatot “nem azért csinálja” , hogy membránpotenciál alakuljon ki. Ez csak következmény. A sejt ezzel a folyamattal ellensúlyozza a sejtből kijutni nem képes nagyobb méretű molekuláinak ozmotikus hatását, azaz vízszívó erejét. Hiányában a sejtek vizet vennének fel és kidurrannának.)

A nyugalmi potenciál mérésekor a vizsgált sejt belsejébe- intracelluláris terébe – egy mikorelektródát szúrunk és azt érzékeny feszültségmérő műszerrel kötjük össze. A másik elektródot a sejt melletti külső, úgynevezett extracelluláris térbe helyezzük. A két elektród között a membránpotenciál mértéke mérhető. A nyugalmi potenciál értéke különböző szövetekben jelentősen eltérhet egymástól. Igy a tintahalak óriás idegrostjában -62 mV, béka-idegrostban -71 mV, békaizomszövetben -92 mV, macska mozgató idegrostokban -70 mV, patkány vázizomban -90 mV stb. Az átlagértékek -60 és -100 mV között mozognak. A növényi sejtek nyugalmi potenciálja -50 és – 200 mV közötti érték.(A mikroelektródák hajszálnál is vékonyabbra kihúzott üvegkapillárisok, amelyeket elektrolittal töltenek meg. Mikroszkóp alatt, mikromanipulátor segítségével lehet a mikroelektródát a sejtmembránt átszúrva a sejt belsejébe juttatni)

A feszültségmérő műszer helyére oszcilloszkópot kapcsolva a nyugalmi potenciál más formában is regisztrálható illetve tanulmányozható.

(Kiegészítő anyag: Ha J-vel jelöljük az egységnyi membránfelületen át zajló anyagszállítás sebességét – idegen szóval ez a fluxus – és J = (1/A)(dn/dt),

ahol A a felület nagysága , n az átjutott mólok száma és t az idő, akkor

Jnettó =Jpumpa + J

“Nyugalmi állapotban” azért van koncentrációkülönbség az egyes ionokra nézve a külső és a belső tér között a meebrán két oldalán, mert a J ioncsat -áramlás diffúzió, amelynek nagysága a koncentrációkülönbség függvénye. Eszerint                     Jioncsat = P(dc/dx)

ahol P a membrán áteresztőképessége az adott anyagra nézve, dc/dx a koncentrációgrádiens (azaz a diffúziót kiváltó ok, amely a legegyszerűbb esetben = (c1-c2)x, x a membrán vastagsága.

Egyensúlyi állapotban Jnettó= 0, ezért c1-c2 = ( x Jpumpa)/P) Ha a membrán nyugalmi potenciálja – azaz polarizáltsága – valamilyen oknál fogva csökken, hipopolarizációról beszélünk. A hipopolarizáció a sejt ingerküszöb értékének csökkenését is jelenti. Hipopolarizáció jellemzi a serkentő szinapszisokban a fogadó membrán állapotát, amely emiatt kisebb erősségű inger hatására is ingerületi állapotba kerül. A hipopolarizáció kémiai anyagok -serkentő hatású transzmitterek -, ilyen például az adrenalin és az acetilkolin, hatására jön létre.

Hiperpolarizáltság esetén a membrán nyugalmi potenciálja, egyben ingerküszöbe nő. Hiperpolarizáltak a gátlás alatt lévő idegsejtek vagy receptorsejtek is. Például alváskor a fülünk receptorsejtjei hiperpolarizált állapotba kerülnek, ezért csak erősebb inger hatására kerülnek ingerületi állapotba. A gátló szinapszisokban kémiai anyagok hatására (például gamma-aminos-vajsav) a fogadó membrán hiperpolarizált állapotban van.

Az akciós potenciál, vagy helyesebben akcióspotenciál-hullám az axondombon keletkező elektromos kisülés. Ha az axondomb membránján az ingerek hatására bekövetkező hipopolarizáció elér egy kritikus küszöbértéket, akkor az itt található Na+ -csatornák kinyílnak és a beáramló nátrium-ionok megszüntetik a membrán polarizációját, depolarizáció következik be. Ezt követően azonban a membrán gyorsan repolarizálódik, azaz visszatér polarizáltsága, amely a nyugalmi állapotban jellemezte. A változássorozat néhány ezredmásodperc alatt lezajlik, ezért oszcilloszkópon nyomonkövetve a folyamatot az akciós potenciál tüskeszerű lefutást mutat. Ezért az elektromos kisülést csúcspotenciálnak is nevezik. A kisülés csúcsának idejére már a nátrium-ioncsatornák újra zárva vannak. Ezt követően lassabban bár, ám tartósabban kinyílnak a membrán kálium-ion csatornái és a káliumionok lassúbb kiáramlása időben hosszabb repolarizációt eredményez. A kisülés ideje alatt a membrán ingerelhetetlenségi, úgynevezett refrakter stádiumban van, mert a nátrium-ioncsatornák vagy éppen nyitva vannak, vagy bezárultak, de még nincsenek nyitható állapotban.

Javasoljuk, hogy regisztrálj itt, mert így ingyenesen PDF formátumban is le tudod tölteni a tételeket!

 Facebook Megosztás |  Nyomtatás Nyomtatás  |  PDF letöltés

Ezek a tételek is érdekelhetnek:

» Szénhidrátok   » A zárvatermők anyagszállítása   

Nem hasznosHasznos (+6 pont, 6 értékelésből)



Hasonló Érettségi Tételek: Címkék:
Érettségi tesztek Felvételi Pontszámító Kalkulátor