Biofyzika bunky

Štruktúra bunky

Plazmatická membrána

• molekulová dvojvrstva lipidov – fosfolipidy

• polárna hlavica • 2 nepolárne hydrofóbne reťazce

– cholesterol

• zabudované proteíny– integrálne– periférne

Pasívny transport• prebieha v smere elektrochemického gradientu• nevyžaduje prísun energie

Difúzia

- Jednoduchá

- Facilitovaná

Osmóza

Prestup bielkovinovými kanálmi

Transportné mechanizmy cez bunkovú membránu (I)

Transportné mechanizmy cez bunkovú membránu (II)

Aktívny transport• prebieha proti smeru elektrochemického

gradientu• vyžaduje prísun energie (ATP)

Transport pomocou nosičov

Pinocytóza

Difúzia

• samovoľný proces prenosu látok z miesta vyššej

koncentrácie na miesto s nižšou koncentráciou, pričom sa

molekuly pohybujú chaotickým tepelným pohybom

1. Fickov zákon:

x

cD.S.

t

m

x

cD.J

St

mJ

1.

Hustota difúzneho toku

D – difúzny koeficient – množstvo rozpustenej látky, ktoré prejde za jednotku času cez jednotkový prierez pri jednotkovom koncentračnom gradiente

Difúzia cez bunkovú membránu

J = -P.S (ce – ci)

kde P - koeficient permeability membrány pre danú látku

ce – ci - koncentrácie látok vo vonkajšom a vnútornom prostredí

Transport iónov (Planckova rovnica) Iónový tok:

kde u -pohyblivosť iónovC -koncentrácia iónov v membránedU/dx -gradient elektrického poľa (intenzita elektrického poľa)

x

Uu.C.

x

cD.Fi

Facilitovaná difúzia

– transport pomocou nosiča v smere elektrochemického gradientu

Difúzia bielkovinovými kanálmi

- selektívny a saturovateľný prestupvrátkovací mechanizmus: - napäťový - chemický (ligandy) - mechanický

Osmóza

• prenos molekúl rozpúšťadla cez polopriepustnú membránu

v smere gradientu rozpúšťadla, teda proti koncentračnému

gradientu rozpustenej látky

J = k .S . (π1 – π2)

kde

π1 a π2 - osmotické tlaky roztokov

oddelených membránou

k - koeficient priepustnosti

Veľkosť osmotického tlaku - van't Hoffova rovica:

= c.R.Tkde

c- molárna koncentrácia rozpustenej látky

Tok rozpúšťadla (osmóza):

Transport pomocou nosičov

Charakteristika:

- Substrátová špecifita

- Obmezdená kapacita systému daná koncentráciou jeho molekúl v membráne

- Možnosť kompetície

- Možnosť blokovania

aktívneho prenosu látkami,

ktoré inhibujú tvorbu ATP

práca potrebná na prekonanie elektrochemického gradientu:

kden - množstvo danej látky v móloch

c1 a c2 - koncentrácie látky na oboch stranách membrányF -Faradayova konštantaz -valencia iónov

Φ1 – Φ2 -rozdiel potenciálov na oboch stranách membrány

W n.R.T.c

cn.F.z.( ) ln

1

21 2

Sodíkovo – draslíková pumpa

Elektrické prejavy buniek

• nerovnomerné rozdelenie základných fyziologických iónov po oboch stranách semipermeabilnej bunkovej membrány vznik elektrickej potenciálovej diferencie

Koncentrácia (mmol/H2O)ión ECT ICT

Na+ 150 15

Cl- 125 9

K+ 5,5 150

Donnanova rovnováha:

[K+]e . [Cl-]e = [K+]i . [Cl-]i

Pokojový membránový

potenciál (-50 až -100 mV)

Nerstova rovnica:

VRT

F.ln[K ]

[K ]K

+e

+i

Akčný potenciál• rýchla zmena napätia na membráne niektorých buniek

– depolarizácia– transpolarizácia– repolarizácia – hyperpolarizácia

Zmeny dráždivosti počas vzruchu• Absolútna refraktérna fáza –membrána

nedráždivá• Relatívna refraktérna fáza – obnova dráždivosti

Šírenie akčného potenciálu

• konštantná rýchlosť bez dekrementu

• „všetko alebo nič“

• vznik miestnych prúdov

• myelínová pošva – Ranvierove zárezy → saltatórne vedenie

• (10-100 krát vyššia rýchlosť)