СРС Тема: «Формальное описание ионных токов в модели Ходжкина – Хаксли. Независимость работы отдельных каналов» Вид: презентация Кафедра: Информатика с. - презентация

1 СРС Тема: «Формальное описание ионных токов в модели Ходжкина – Хаксли. Независимость работы отдельных каналов» Вид: презентация Кафедра: Информатика с курсом биофизики Факультет: Группа: Выполнила: Проверил: Алматы, 2017 КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ С.Д.АСФЕНДИЯРОВА

2 Содержание Введение 1. Формальное описание ионных токов модели Ходжкина-Хаксли 2. Независимость работы отдельных каналов. Заключение Список использованной литературы

3 Введение Актуальность: особое значение для биофизики клетки имеет модель Ходжкина-Хаксли, которое даёт хорошее согласие с опытными данными и используются для моделирования электрических процессов в мембране. Цель: изучить формальное описание ионных токов в модели Ходжкина-Хаксли и независимость работы отдельных каналов. Задачи: формальное описание ионных токов в модели Ходжкина-Хаксли, независимость работы отдельных каналов.

4 1. Формальное описание ионных токов в модели Ходжкина-Хаксли Основой создания математической модели ионных токов в мембране аксона кальмара стали опыты по разделению ионных токов возбужденного аксона. Было показано, что если использовать два типа блокаторов – натриевого канала тетродотоксин (ТТХ) и калиевого канала – тетраэтиламмоний (ТЭА), то при регистрации в режиме фиксации потенциала на мембране можно получить три типа кривых.

5

6 На основе опытов по фиксации напряжения на аксоне кальмара А.Ходжкин и А.Хаксли сформулировали ряд принципов: 1. Перенос Na + и К + осуществляется различными независимыми структурами; 2. Изменение токов являются следствием изменения проницаемости мембраны для ионов Na + и К + ; 3. Пропускная способность мембраны управляется электрическим полем. Рассматривая потенциалозависимые частицы, регулирующие состояние калиевого канала Ходжкин и Хаксли выяснили, что если бы канал открывался в результате перехода слева направо только одной активирующей частицы, то проводимость ионных каналов менялась во времени по экспоненте, т.е. можно было бы записать:,(1) где - максимальная проводимость для ионов типа K.

7 Пусть n обозначает вероятность того, что одна частица, управляющая К + - проницаемостью находится одновременно четыре частицы, равна n 4. Поэтому К + -проводимость мембраны в любой момент времени равна: (2), где - максимальная проводимость при сильной и длительной деполяризации мембраны, n 4 – доля g K, которая включена в данный момент времени

8 Изменения Na-проводимости описывают уравнением: (3) где - максимальная Na-проводимость, m – вероятность нахождения в заданном участке одной m-частицы, h – вероятность того, что инактивирующая частица в этом участке отсутствует.

9 На основе рассмотренной математической модели А. Ходжкину и А. Хаксли удалось с высокой точностью воспроизвести нервный импульс, генерируемый мембраной аксона в различных экспериментальных условиях. После незначительной модификации модели был имитирован процесс электрического возбуждения в миелинизированных нервных волокнах и соме нервных клеток.

10 2. Независимость работы отдельных каналов Многочисленными исследованиями показано, что прохождение тока через отдельный ионный канал не зависит от того, идет ли ток через другие каналы. Например, К + -каналы могут быть открыты или закрыты, а ток через другие типы каналов, например Na + -каналы не меняется. Процесс изменения состояния одних в зависимости от состояния других носит опосредованный характер: изменение проницаемостей каких-либо каналов (например, натриевых) меняет мембранный потенциал, а уже он влияет на проводимости прочих ионных каналов.

11 Ионные каналы представляют собой белковый комплекс, пронизывающий мембрану. В центре его существует щель, сквозь которую могут проходить ионы.

12 Результаты экспериментов, выполненных на различных ионных каналах, показали, что проводимость ионного канала дискретна и он может находиться в двух состояниях: открытом или закрытом. Переходы между состояниями происходят в случайные моменты времени и подчиняются статистическим закономерностям. Действительно, если рассмотреть во временном масштабе появление токов через одиночные натриевые каналы, то можно отметить, что деполяризация мембраны на короткий период (каждый раз мембрана деполяризовалась 14 мс), вызывала появление одиночного импульса тока. Амплитуда этого тока была всегда 1,6 пА, а вот время открытия канала и длительность появившихся импульсов варьирует.

13

14 Заключение Я изучила формальное описание ионных токов в модели Ходжкина-Хаксли и независимость работы отдельных каналов. Таким образом, изменения электрических свойств возбудимых биомембран осуществляется с помощью ионных каналов. Это белковые макромолекулы, пронизывающие липидный бислой, которые могут находиться в нескольких дискретных состояниях. Свойства каналов, селективных для ионов К +, Na + и Са 2+, могут по-разному зависеть от мембранного потенциала, что и определяет динамику потенциала действия в мембране, а также отличия таких потенциалов в мембранах разных клеток.

15 Список использованной литературы 1. Антонов В.Ф., Черныш А.М., В.И. Пасечник и др. Биофизика. М., Владос, Владимиров Ю.А. с соавт. Биофизика. М., Медицина, Рубин А.Е. Биофизика: Биофизика клеточных процессов 2- том. – М. Книжный дом Университет, 2000.