Электрическая клеток и тканей

Наличие электрической связи между клетками можно продемонстрировать сравнительно простым способом. Если ввести в отдельную клетку ткани токовый электрод, а микроэлектроды для измерения РЭП ввести в эту же и соседнюю клетки, то, подавая импульс тока, можно обнаружить изменения потенциала не только в этой клетке, но и в соседней. Эти результаты свидетельствуют о том, что между клетками существует определенная электрическая связь. [c.91]

Электропроводность разных тканей и биологических жидкостей неодинакова наибольшей электропроводностью обладают спинномозговая жидкость, лимфа, желчь, кровь хорошо проводят ток также мышцы, подкожная клетчатка, серое вещество головного мозга. Значительно ниже электропроводность легких, сердца, печени. Очень низка она у жировой ткани, нервной, костной. Хуже всего проводит электрический ток кожа (роговой слой). Сухой эпидермис почти не обладает электропроводностью. Жидкость межклеточных пространств гораздо лучше проводит ток, чем клетки, оболочки которых оказываются существенным препятствием при движении многих ионов. Возле оболочек накапливаются одноименные ионы, возникает их поляризация. Все это приводит к резкому (в 10—100 раз) падению силы постоянного тока, проходящего через ткани, уже через 0,0001 сек после его замыкания. Поэтому электропроводность кожи обусловлена, главным образом, содержанием протоков желез, особенно потовых. В зависимости от физиологи- [c.43]

Биологическое значение мембранного потенциала. В тканях организма, даже внутри одной клетки, имеются мембранные и межфазовые потенциалы, обусловленные морфологической и химической неоднородностью внутреннего содержимого клеток. При работе сердца, сокращениях мышц и т. п. возникают так называемые токи действия. Существует теория, рассматривающая их появление как результат различной проницаемости клеточных мембран для разных ионов. Вследствие этого концентрация ионов по обеим сторонам мембран неодинакова. В момент возбуждения (сокращение мышц и т. п.) избирательность проницаемости мембран утрачивается и сквозь них устремляется поток ионов — возникает электрический ток. [c.52]

Нейроны представляют собой клетки с длинными отростками, способные про-водить электрические сигналы. Обычно сигналы воспринимаются дендритами и телом клетки, а затем передаются по аксону в виде потенциалов действия. Связь с другими нейронами осуществляется в синапсах, где сигналы передаются с помощью химического вещества-нейромедиатора. Помимо нейронов нервная ткань всегда содержит различные глиальные клетки, которые выполняют поддерживающую функцию. [c.76]

Хотя эта процедура и основана на электролизе, действие электрического тока на живую ткань сопровождается целым комплексом процессов. Помимо того что электрический ток изменяет пропускающую способность живых тканей, он также вызывает в клетках и между ними различные физические и химические изменения, которые приводят, в частности, к реакции нервных окончаний капилляры в коже сокращаются, а затем увеличивается ток крови и лимфы, что способствует выводу из тканей шлаковых веществ. [c.100]

Можно также использовать для изучения квантосом метод получения реплик с лиофилизированного материала [234]. Клетки или кусочки ткани (объемом около 0,1 мм ) пропитывают глицерином, чтобы предотвратить образование кристаллов льда, и быстро замораживают в жидком пропане. Образец помещают в условия высокого вакуума при —100° С и ножом микротома, охлажденным жидким азотом до —150 С, скалывают с него кусочки. Нож находится вблизи вновь образовавшейся поверхности около двух минут, так что часть льда, сублимируясь, оседает на нем. Благодаря этому на поверхности возникает рельеф — участки с более низким содержанием воды оказываются более выпуклыми. Путем напыления платино-углеродной пленки от электрической дуги с такой вытравленной поверхности делается реплика, после чего изготовляется электронная микрофотография. Брайтон [35] обнаружил, что если мембраны раскалываются не точно под прямым углом, то часть внутренней поверхности двойного слоя обнажается. В результате потери воды жидкая цитоплазма под изломанным краем мембраны сжимается и наружная поверхность мембраны становится видимой (особенно если процесс вытравливания длится достаточно [c.17]

Были проделаны специальные опыты с изолированными мышцами животных. Если мышца работает в атмосфере, лишенной кислорода, то обычно источником энергии является гликоген, превращающийся в глюкозу. Молочная кислота — продукт окисления глюкозы — остается в тканях, и очень скоро деятельность мышцы прекращается. В опытах с изолированными мышцами сокращение мышцы (ее работа) вызывалась действием электрического тока. В ответ на раздражение током она сокращалась. При значительном накоплении в клетках молочной кислоты мышца теряла способность отвечать на раздражения. [c.113]

Процесс синерезиса имеет важное биологическое значение. В процессе старения коллоидов происходит их уплотнение, что не может не сказаться на проницаемость клеточных мембран и цитоплазмы. Снижение проницаемости может нарушить обмен веществ между клеткой и окружающей средой. Ученые доказали в своих исследованиях, чтл при возрастных изменениях организма происходит уменьшение величины электрического заряда и степени гидратации коллоидных частиц. В результате уменьшается способность коллоидов тканей и органов связывать воду. Более позДние исследования показали, что процессы старения белков связаны не только со структурообразованием в растворах высокополимеров, но и с явлениями медленно протекающей денатурации. Именно процессами синерезиса и дегидратации объясняется появление у тканей с увеличением возраста организма новых качеств — большей жесткости и меньшей эластичности. [c.489]

Биоэлектрическим потенциалом называют разность потенциала, возникающего в тканях животного и растения. Опытами Гальвани (1791) было доказано возникновение электрических явлений в мышцах и нервах лягушек. На их основе впервые была высказана идея о существовании так называемого животного электричества. Исследование электрических явлений в тканях животных и растений продолжалось в XIX в. и особенно активно проводится в XX в. как в СССР, так и за рубежом. До недавнего времени считалось, что токи в организме возникают вследствие повреждения клетки поврежденный участок приобретает отрицательный потенциал по отношению к неповрежденному. В настоящее время доказано возникновение разности потенциала и между участками неповрежденной ткани. Разность потенциалов в клетках животных организмов достигает 0,05—0,1 в. Такая же разность потенциалов обнаружена у одноклеточных животных и в растительных клетках. [c.169]

Точка равновесия, которая устанавливается между поступлением этих ионов и их выделением из клетки, и определяет величину заряда клетки в нормальном ее состоянии (потенциал равновесия или потенциал покоя). На внешнее раздражение, независимо от его природы (механическое, тепловое, химическое, электрическое), растительная клетка реагирует уменьшением отрицательного заряда. Размер этого уменьшения зависит от силы раздражения. Исследования показывают, что причиной падения отрицательного заряда в области возбуждения служит повышение проницаемости мембран для ионов кальция, активное поступление которого приводит к известной разрядке мембраны. Вызываемый этими нарушениями электрический ток передается в форме волнового раздражения в другие участки ткани (ток действия). [c.86]

При рассмотрении различных сил, связанных с удержанием воды в нормальных растительных клетках и тканях, можно, очевидно, выделить три главные группы, а именно силы, связанные с давлением, которое испытывает вода, с влиянием осмотически активных веществ (о чем мы уже говорили) и с воздействием скелета клетки и ткани. Последняя группа будет включать прежде всего поверхностные силы, связанные с гидратацией протоплазмы, а также с водой, присутствующей, во-первых, в клеточных стенках и межклеточных пространствах и, во-вторых, в проводящих элементах. Можно учитывать при необходимости также влияние электрических полей или силы тяжести, но обычно состояние равновесия при водном обмене определяется тремя названными главными группами сил. [c.157]

Электрические параметры, которыми характеризуются клетки и ткани, можно разделить на две группы. К первой группе относятся параметры, характеризующие вещество мембраны и протоплазмы удельное сопротивление мембраны, которое обычно равно 1—10 кОм-см , ее удельная емкость, обычно равная 1 мкФ/см , и, наконец, удельное сопротивление протоплазмы, которое равно примерно 100 Ом-см. Эти параметры, естественно, не зависят от формы и размеров клетки. [c.182]

Мы рассмотрели две простейшие структуры сферическую клетку и цилиндрическое волокно. Дальше мы рассмотрим несколько более сложных примеров влияния формы клеток и топологии ткани на их электрические свойства и функции. [c.187]

Измерение концентрации и распределения неорганических ионое и других низкомолекулярных веществ в клетках необходимо выполнять на интактной живой ткани. Весьма эффективен для этого ядерный магнитный резонанс (ЯМР) ЯМР представляет собой полностью неинвазивный метод, он используется для измерения относительной концентрации многих малых молекул, но, к сожалению, его применение требует значительного количества образца. Для определения концентрации специфических ионов в отдельных клетках или в отдельных частях клеток можно применять флуоресцентные индикаторные красители. Стеклянные микроэлектроды незаменимы для измерения не только электрических потенциалов и потока ионов через плазматическую мембрану с их помощью удается определять концентрацию специфических внутриклеточных ионов. Микроэлектроды можно использовать и для инъекции в клетки молекул, не проникающих через мембраны Альтернативные подходы состоят во временном повышении проницаемости мембран или в слиянии клеток с частицами, окруженными мембранами и содержащими макромолекулы. [c.201]

Как потенциал действия, так и мембранный ток существуют не в отдельной точке, а на определенном участке мембраны. Вследствие того что возникает разность потенциалов между этим участком и окружающими проводящими областями, начинают течь токи, которые деполяризуют соседние области мембраны, и это приводит к распространению импульса возбуждения (потенциала действия) по клетке. Таким образом, мембранные токи, соответствующие потенциалу действия, осуществляют электрическую стимуляцию соседних участков мембраны. Если клетки ткани связаны между собой по типу электрического синцития (как, например, в миокарде), т.е. между их внутриклеточными областями имеются контакты с малым сопротивлением, то стимулирующее действие мембранного тока распространяется и на соседние клетки, приводя к непрерывному процессу охвата возбуждением всей ткани. При другом типе соединения между клетками — синаптическом (например, в нервной ткани) передача возбуждения на соседнюю клетку происходит благодаря тому, что возбужденная клетка в области контакта с соседней клеткой - в синапсе - воздействует определенными химическими веществами (медиаторами) на мембрану соседней клетки, вызьшая избирательное изменение ее проницаемости для разных ионов. Это порождает изменение ионных потоков через мембрану, ее деполяризацию и развитие потенциала действия. Наряду с таким возбуждающим синаптическим воздействием возможно и тор- [c.9]

Выяснение принципов, лежаших в основе образования специфической формы каждого организма и его частей, — наиболее трудная и еше мало изученная проблема биологии. Для ее решения применительно к многоклеточным организмам необходимо прежде всего понять, каким образом клетки, ткани и органы взаимодействуют между собой в ходе онтогенеза. В гл. 2 отмечалось, что межклеточные системы регуляции у растений включают в себя гормональные, электрические и трофические факторы, которые оказывают влияние на генетическую, мембранную и метаболическую регуляторные системы в каждой клетке. Для процессов эмбриогенеза и регенерации, в основе которых лежат одни и те же принципы, наиболее важны последовательная индукция определенных генетических программ и морфофизиологическая ориентация в пространстве. Запуск генетических программ осушествляется специфическими химическими и физико-химическими факторами, а ориентация в пространстве создается полярностью, в основе которой лежат прежде всего мембранные процессы. Клетки постоянно получают сигналы из внешней и внутренней среды (тестируют свое положение и состояние). В соответствии с этим корректируются их функциональная активность, считка генетической информации и векторы поляризации. Такая корректировка получила название эффекта положения . [c.357]

Биоэлектрические потенциалы растений основные термины электрофизиологии. Биоэлектрические потенциалы растений — это разность электрических потенциалов между внешней и внутренней поверхностями мембран клеток и их органелл, а также между оргаиелла-ми, клетками, тканями и органами растений, различающимися по функциональной или метаболической активности. Мембранная разность электрических потеициа- [c.22]

Среди многочисленных компонентов биосистем молекулярного уровня исключительная роль в процессах жизнедеятельности, бесспорно, принадлежит белкам. Активно участвуя практически во всех протекающих в клетках и организме процессах, они наделены поистине универсальными биофизическими и биохимическими свойствами. Белки обладают способностью к взаимному превращению всех необходимых для жизни видов энергии тепловой, механической, химической, электрической и световой. Кроме того, они входят в состав соединительных и костных тканей, кожи, волос и других структурных элементов всех уровней живого организма, выполняя динамическую опорную функцию и обеспечивая нежесткую взаимосвязь органов, их механическую целостность и защиту. Нет смысла перечислять все функции белков, спектр их действия огромен. Отметим лишь, что по разнообразию своих физических и химических проявлений белки несопоставимы с возможностями любого другого класса соединений живой и неживой природы. Они "умеют" делать все, и именно поэтому назначение генетического аппарата любого живого организма сведено к хранению информации только о белках и к их синтезу. Биосистемы всех уровней, в том числе и молекулярного, можно считать "произведениями" белков. При функциональной универсальности природных аминокислотных последовательностей деятельность каждого отдельного представителя этого класса уникальна в отношении функции, механизма действия, природы лиганда и внешней среды. И, наконец, белки проявляют высочайшую активность в физиологических, мягких условиях и не образуют при своем функционировании побочных продуктов. [c.50]

Биохимических исследований структуры и механизма действия электрических синапсов до сих пор не проводилось. Однако щелевыми контактами связаны не только нервные клетки, но также и клетки печени, эпителия, мышц и многих других тканей. Из них удалось выделить и охарактеризовать биохимическими методами и электронной микроскопией мембранные фрагменты, которые определенно сохраняли зоны межклеточных контактов. Электронные микрофотографии показывают упорядоченные структуры частиц, которые Гудинаф назвал коннексонами [1] и которые образуют каналы между клетками, отстоящими друг от друга на 2 нм. Из этих мембран были выделены два полипептида с М 25 000 и 35 000, названные коннексинами. Возможно, что два коннексона соседних клеток посредством дпме-ризации могут образовать канал (рис. 8.1). Показано, что этот канал пропускает не только ионы щелочных металлов, но п молекулы с М 1000—2000. Таким образом, коннексоны, кроме электрического сопряжения, обеспечивают для клеток возможность обмена метаболитами. Проницаемость таких каналов могут регулировать ионы кальция. [c.189]

Рис, 12.8. Электрический орган электрического ската Torpedo). Модельная система для биохимического изучения синаптической функции. Никотиновый ацетилхолиновый рецептор был первым рецепторным белком, выделенным из этой ткани и ставшим, таким образом, доступным для исследования биохимическими методами, о — Torpedo-, электрический орган (Е), нерв (N), мозг (В), жабра (Q) б — стопка шестигранных клеток электроплаксов электрического органа пучок нервов (Nb), который иннервирует клетки со стороны брюшка [c.365]

Заслуживает внимания еще особенно полезная клеточная-линия — линия клеток РС 12, клонированная из феохромоцитомы — опухоли хромаффинной ткани надпочечника. Клетки РС 12 аналогичны хромаффинным клеткам по их способности синтезировать, запасать и высвобождать катехоламины. Подобно не нейрональным клеткам, они размножаются, но под действием N0 они перестают делиться, участвуют в нейритных процессах и становятся очень похожими на симпатические нейроны. Они приобретают электрическую возбудимость, отвечают на ацетилхолин и даже образуют функциональные холинэргические синапсы. Клетки РС 12 используются в качестве модельных систем для изучения дифференциации нейронов, действия гормональных и трофических факторов, функции и метаболизма гормонального рецептора (см. с. 325). [c.369]

Не так давно физиологи и ученые нового направления — биофизики — установили, что двойной электрический слой возникает, оказывается, не только на границе между электродом, сделанным нашими руками, и каким-либо раствором, но он есть в мышечных и нервных волокнах, составляющих живую ткань. Специальными микроэлектродами можно измерить разность потенциалов между внутренней и внешней частью нервной или мышечной клетки. Установлено, что она составляет примерно 60— 100 мв, причем внутренняя часть клетки по сравнению с околоклеточной жидкостью заряжена отрицательно. Этй разность потенциалов носит название потенциала покоят [c.82]

Скелетные мышечные волокна позвоночных, подобно нервным клеткам, способны возбуждаться под действием электрического тока, и нервно-мышечное соедшенае (рис. 18-24) может служить хорошей моделью химического синапса вообще. На рис. 18-25 сравнивается тонкая структура этого синапса с типичным синапсом между двумя нейронами головного мозга. Двигательный нерв и иннервируемую им мышцу можно отделить от окрузкаюшей ткани и поддерживать в функционирующем состоянии в среде определенного состава. Возбуждая нерв через наружные электроды, можно с помошью внутриклеточного микроэлектрода регистрировать ответ одиночной мышечной клетки (рис. 18-26). Микроэлектрод сравнительно легко ввести в волокно скелетной мышцы, так как это очень крупная клетка (порядка 100 мкм в диаметре). [c.96]

Третьим подходом служит введение фенолоаминов в спинномозговую жидкость, мозговые желудочки, нервные узлы или непосредственно в нервные клетки. Этот подход стал необходим потому, что лишь некоторые из этих аминов способны проникать из крови в мозговую ткань. Обычно измеряется два вида реакций. При введении лекарственных препаратов в большие полушария мозга можно фиксировать либо поведение животного, либо зарегистрировать электроэнцефалограмму (ЭЭГ). Если вещества вводят в такие небольшие структуры, как, например, нервные узлы или нервные клетки, обычно можно наблюдать лишь за электрической активностью, так как голова животного строго фиксируется для точной стереотаксической локализации микропипеток и регистрирующих электродов. В нервные клетки или нервные узлы амины обычно вводят при помощи ионтофореза. [c.384]

Вещества, способные создавать разность потенциалов, оказывают стихмулирующее действие на ткани уже в самых малых дозах. Эта мысль привела к заключению, что делетвие некоторых высокотоксичных веществ может быть вызвано электрическими изменениями. В связи с этим производилось исследование влияния различных концентраций алкалоидов на электродвижущую силу модели клетки [23]. Модель клетки была еоставлена следующим образом [c.683]

Клеточное строение растительных тканей открыто английским физиком Гуком, который в 1665 г. зарисовал напоминающую пчелиные соты сетчатую структуру ткани коры пробкового дерева. Нидерландский натуралист Левенгук (1628—1723 гг.), которому часто приписывают изобретение микроскопа, впервые наблюдал под микроскопом эритроциты, инфузории и сперматозоиды. В 1848 г. Дюбуа-Реймон высказал мысль, что поверхность клетки имеет общие свойства с электродом в гальванической ячейке, а Оствальд, Нернст и Бернштейн в конце XIX в. предположили, что клетки окружены полупроницаемой мембраной со специфическими электрическими свойствами. Это утверждение оставалось лишь смелой гипотезой до 1925 г., когда Гортер и Грендел из липидов эритроцитов разного происхождения сформировали монослой на границе раздела вода — воздух. Оказалось, что в монослоях липиды занимают площадь, примерно вдвое большую общей поверхности клеток. Это указывало на то, что внешняя оболочка клеток образована бимолекулярным слоем липидов, в первую очередь фосфолипидов — эфиров глицерина, жирных кислот и фосфорной кислоты. Позднее было установлено, что вообще все клетки животных окружены тонкой мембраной, состоящей всего лишь из двух слоев молекул. Электронно-микроскопические исследования окончательно подтвердили этот вывод. Строение клеток растений оказалось более сложным. Их клетки, помимо клеточной мембраны, непосредственно окружа- [c.179]

Хотя эти допущения связаны со значительным упрощением, для многих типов клеток и даже для совокупностей клеток такое упрощение не является чрезмерным. Для крупных многоядерных клеток водорослей и для запасающих тканей (корни моркови или клубни картофеля) его вполне можно считать удовлетворительным приближением к истинному положению. В отношении тканей листа и корня основные общие принципы водного баланса и обмена влаги обычно удобно оцениваются исходя из концепции типичной клетки. Имеется, однако, и ряд важных исключений. Как мы увидим ниже, это связано отчасти с некоторой проницаемостью клеточных мембран для растворенных веществ (вследствие чего поток воды обычно сочетается с потоками растворенных веществ, электрических зарядов и тепла), отчасти же с конечным (т. е. не бесконечно малым) объемом невакуолярных компонентов и с их специфическими свойствами в смысле распределения и удержания влаги. Мы начнем наше рассмотрение с характеристики упрощенных клеточных систем, а затем перейдем к другим клеткам и тканям. [c.151]

Рассказ о синапсах дает нам особенно много примеров того, как единство превращается в многообразие. Мы видели, что коннексоны существуют у самых разных клеток организма, в том числе и невозбудимых. Они используются и при регуляции эмбрионального развития, и для передачи молекул от клетки к клетке, а в возбудимых тканях этот межклеточный канал был использован эволюцией для передачи электрического тока, для создания электрических синапсов. [c.177]

Законы физики и условия среды обитания определяют пути эволюции электрических органов, и последние развиваются сходным образом, хотя и происходят у разных рыб из разных тканей. Например, у скатов клетки электрических органов возникли из мышечных клеток, потерявших возбудимость, фактически, от этих клеток осталась только синаптическая область постепенная атрофия остальной части мышечной клётки хорошо прослежена при изучении развития рыбы из икринки. Медиатор, действующий на электрический орган,— тот же ацетилхолин, который возбуждает и мышечные клетки позвоночных, поэтому разряд органа можно вызвать не только раздражением подходящего к нему нерва, но и введением, ацетилхолина в идущую к нему артерию. У электрического угря орган тоже имеет мышечное происхождение, однако у некоторых электрических рыб электрические органы возникли не из мышечных, а из нервных клеток, а у африканского электрического сома — из клеток кожных желез. Это не должно удивлять читателя, который уже знает, что не только нервы и мышцы способны к электрическим реакциям. [c.250]

У многоклеточного организма сигнал, связывающий восприятие с действием, должен, как правило, передаваться от одних клеток к другим. Так. подстройка метаболизма часто осуществляется гормонами, которые, будучи секретированы одной группой клеток, путешествуют в тканях и вызывают ответ в других группах клеток. Но гормону требуется много времени, чтобы пройти большое расстояние, кроме того, он при этом диффундирует во все стороны. Чтобы химический сигнал передавался быстро, он должен испускаться вблизи своей мишени, тем же путем достигается точная локализация действия сигнала. Но если химический сигнал должен испускаться вблизи мишени, то как же можно использовать такой способ связи для сопряжения восприятия с реакцией на него в удаленной части организма Проблем решают нервные клетки. Один их конец чувствителен к химическим или физическим стимулам, а другой - продуцирует химический сигнал - нейромеОиатор, действующий на другие клетки (рис. 1-40). Стимуляция одного конца клетки вызывает электрическое возбуждение, которое быстро распространяется до другого конца, где вызывает высвобождение нейромедиатора. Такое сигнальное устройство позволяет многоклеточным животным быстро реагировать на изменчивый окружающий мир, а также точно координировать активность далеко отстоящих друг от друга частей тела. [c.52]

Специализироваппые межклеточные соединения особенно многочислеппы и важны в эпителиях, но во многих местах контакта между клетками и между клетками и матриксом они встречаются во всех тканях. В большинстве своем они слишком малы для того, чтобы их можно было увидеть в световой микроскоп, одиако их можно выявить с помощью электронной микроскопии в обычных препаратах или же в препаратах, полученных методом замораживания-скалывания. В обоих случаях видно, что взаимодействующие плазматические мембраны (а нередко и подстилающие их участки цитоплазмы и межклеточное пространство) имеют в этих местах высокоспехщализированную структуру. Клеточные соединения могут быть разделены на три функциональные группы 1) запирающие соедипепия, которые так теспо сцепляют клетки в эпителиальном пласте, что делают невозможным прохождение даже небольших молекул с одной стороны пласта на другую 2) прикрепительные контакты, которые механически связывают клетки (и их цитоскелеты) с соседними клетками или внеклеточным матриксом, и 3) коммуникационные контакты, по которым передаются химические или электрические сигналы между взаимодействующими клетками. [c.474]

Вероятно, это самый удивительный тип межклеточных соединений. Щелевые контакты относятся к наиболее распространенным - они весьма многочислеппы в большинстве тканей и имеются практически у всех животных. На электронных микрофотографиях они выглядят как участки, где мембраны двух смежных клеток разделены узкой щелью шириной около 3 мкм. Щелевые контакты участвуют в межклеточной коммуникации, позволяя неорганическим ионам и другим малым водорастворимым молекулам прямо переходить из цитоплазмы одной клетки в цитоплазму другой и обеспечивая таким образом электрическое и метаболическое сопряжение между клетками. Такое сопряжение имеет важный функциональный смысл, многие аспекты которого мы еще только начинаем понимать. [c.481]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология