Строение мембраны и потенциал покоя

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВОВЫСШЕГООБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего образования «Национальный исследовательский

Нижегородский государственный университет им.Н.И. Лобачевского»

ФАКУЛЬТЕТ СОЦИАЛЬНЫХ НАУК

ЛАБОРАТОРНыеРАБОТы ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Анатомия и физиология ЦНС»

Выполнили студенты 1 курса,

Очной формы обучения,

направление подготовки «Психология служебной деятельности»,

группа1420С1ПД1

Преподаватель:

Савчук Л.В.

Нижний Новгород, 2021



Лабораторная № 1

Выполнили:

Завизенов Г.К.

Опря А.С.

Васильева М.М.

Строение мембраны и потенциал покоя

Цель: Понять основы возникновения мембранного потенциала покоя клетки, изучить принципы работы ионных каналов и влияние различных параметров мембраны напотенциал покоя

Задачи:

1.Изучить механизмы равновесного потенциала

2.Изучить связь равновесного потенциала и потенциала покоя

Оборудование:

1.Компьютер с операционной системойWindows

2.ПрограммаMetaNeuron

Ход работы

Задание 1. потенциал покоя мембрана постсинаптический

Электрохимический равновесный потенциал. Каково значение мембранного потенциала при начальных значениях? Варьируйте концентрации ионов К⁺ и Na⁺ внутри и снаружи клетки. Какой эффект это оказывает на равновесный электрохимический потенциал? Каково значение равновесного потенциала по Na⁺, когда концентрация Na⁺ снаружи клетки равна 100 ммоль, а концентрация Na⁺ внутри клетки равна 10 ммоль? Каково значение равновесного потенциала по Na⁺, когда концентрация Na⁺ снаружи клетки равна 100 ммоль, а концентрация Na⁺ внутри клетки равна 100 ммоль? Каково значение равновесного потенциала по К⁺, когда концентрация К⁺ снаружи клетки равна 10 ммоль, а концентрация К⁺ внутри клетки равна 100 ммоль? Почему так происходит?

Ответ: При начальный значениях мембранный потенциал равен -58. Равновесный электрохимический потенциал менялся в зависимости от концентрации ионов.

1).При концентрации Na+ снаружи клетки равного 100 моль и при концентрации Na+ внутри клетки 10 моль значение потенциала Na+ равняется 58 единиц

2).При концентрации Na+ снаружи клетки равного 100 моль и при концентрации Na+ внутри клетки 100 моль значение потенциала Nа + равняется 0 единиц

3).При концентрации К+ снаружи клетки равного 10 моль и при концентрации К+ внутри клетки 100 моль значение потенциала на + равняется -58 единиц.

При изменениях концентрации потенциалов у нас меняется значение равновесного потенциала, потому что концентрация веществ не равны!. Но когда концентрации двух потенциалов равны между собой, то и значения равновесного потенциала будет равно 0.

Задание 2.

Мембранный потенциал покоя. Начиная со значений параметров по умолчанию, изменяйте относительную проницаемость мембраны для K⁺ и для Na⁺. Какой эффект это оказывает на мембранный потенциал покоя? Установите концентрацию Na⁺ снаружи, равную 100 ммоль, Na⁺внутри - 10 ммоль, К⁺снаружи - 10 ммоль, K⁺ внутри - 100 ммоль. Чему равен мембранный потенциал, когда проницаемость мембраны для Na⁺ равна 0, а проницаемость для К⁺ равна 10? Чему равен мембранный потенциал, когда проницаемость для Na⁺ равна 10, а проницаемость для K⁺ равна 0? Чему равен мембранный потенциал, когда проницаемость для Na⁺ равна 1, а проницаемость для К⁺ равна 10? Почему так происходит?

Ответ: При изменении относительной проницаемости мембраны мембранный потенциал покоя изменяется.

1). Установив концентрацию Nа + снаружи 100 моль внутри 10 моль,К+ снаружи 10 моль внутри 100 моль и установив проницаемость мембраны для на + 0 ,а для К+ 10 ,мембранный потенциал будет равняться -58

2).Установив концентрацию на + снаружи 100 моль внутри 10 моль,К+ снаружи 10 моль внутри 100 моль и установив проницаемость мембраны для на + 10 ,а для К+ 0 ,мембранный потенциал будет равняться 58

3).Установив концентрацию на + снаружи 100 моль внутри 10 моль,К+ снаружи 10 моль внутри 100 моль и установив проницаемость мембраны для на + 1 ,а для К+ 10 ,мембранный потенциал будет равняться -58

Мембранный потенциал покоя меняется из-за того что мы меняем относительную проницаемость мембраны, следовательно при изменении проницаемости вещества ионов проникают с разным потенциалом

Вывод

В ходе лабораторной работы мы попытались понять основы возникновения мембранного потенциала покоя клетки, принципы работы ионных каналов и влияние различных параметров мембраны на потенциал покоя. Мы рассматриваем разность концентрации по натрию и калию. Когда клетка выравнивает концентрацию ионов калия ,то теряет калий, и порождает электропроницательность внутри клетки,которая является основной составляющей потенциала покоя. Поэтому можно сказать,что ионные каналы влияют на мембранный потенциал покоя.



Лабораторная № 2

Выполнили:

Завизенов Г.К.

Васильева М.М.

Потенциал действия и его механизмы

Цель работы: Понять причины возникновения потенциала действия и изучить связанные с ним механизмы

Задачи: 1) Изучить механизмы потенциала действия. 2) Изучить свойства потенциала действия

Оборудование: 1) Компьютер с операционной системой Windows. 2) Программа MetaNeuron

Ход работы.

Задание 1. Порог потенциала действия.

1. Как выяснилось увеличение амплитуды стимула 1 влечет за собой увеличение и ускорение реакций клетки.

2. Порог амплитуды стимула для инициации ПД равен 61 мкА.

Задание 2. Потенциал действия и натриевый равновесный потенциал.

1. На значение амплитуды стимула 1 на отметке 150 мкА. При увеличении натриевого равновесного потенциала потенциал действия увеличивается. При уменьшении натриевого равновесного потенциала, потенциал действия уменьшается.

2. Это происходит, потому что при увеличении натриевого равновесного потенциала покоя увеличивается количество открытых натриевых каналов. При «цикле Ходжкина» идет лавинообразное нарастание тока проходящих ионов натрия через каналы. Но на активацию натриевых каналов требуется время, поэтому натриевые каналы сначала открываются, а потом быстро закрываются.

Задание 3. gKmax и потенциал действия.

1. Установили значение амплитуды стимула 1 равное 150 мкА и значение натриевого равновесного потенциала равного 50 мВ. При варьировании параметра gKmax время возникновения стимула не изменяется. В случае снижения проницаемости мембраны для ионов К+ длительность ПД увеличивается, в случае повышения - уменьшается.

2. При снижении проницаемости мембраны для калия происходит уменьшение количества открытых калиевых каналов, поэтому ток калия будет меньше и потенциал действия будет действовать дольше.

3. При повышении проницаемости мембраны для калия происходит увеличение количества калиевых каналов. Следовательно, механизмы нисходящей фазы будут протекать быстрее.

Задание 4. Na+ ионные каналы и возникновение потенциала действия.

gNa+max	amplitude
200	81
195	82
190	84
185	86
180	88

· Чем проницаемость выше, тем количество натриевых каналов больше (стимул деполяризует мембрану, активируются натриевые каналы, возникает входящий ток натрия, который деполяризует мембрану, чтобы активировать каналы - цикл Ходжкина), а т.к. количество натриевых каналов изначально больше, то данный процесс протекает быстрее.

· Основание аксона отличается высокой плотностью натриевых каналов, что снижает порог возникновения потенциала действия, следовательно, если уменьшать количество каналов в основании аксона, порог возникновения потенциала действия увеличивается и процесс протекает быстрее.

Задание 5. Потенциал действия и мембранная проводимость.

· Калиевая проводимость увеличивается медленнее и длится дольше, чем натриевая, это происходит так как скорость активации каналов калия ниже, чем натриевых.

Задание 6. ПД и мембранный ток.

· На графике мы наблюдает точу перегиба, так как при пересечении потоков калия и натрия происходит резкая активация калиевых каналов.

Задание 7. Анодное размыкательное возбуждение.

1. Клеточная мембрана гиперполяризуется, анодное размыкательное возбуждение вызывает потенциал действия. При размыкании электрической цепи в области действия анода мембранный потенциал быстро возвращается к исходному уровню и достигает критического уровня, поэтому сразу открываются натриевые потенциалзависимые каналы и возникает потенциал действия.

Задание 8. Распространяющаяся депрессия.

Последовательность событий:

1) Мембранный потенциал деполяризуется

2) Генерируется спонтанный ПД

3) Увеличивается частота ПД

4) Уменьшается амплитуда ПД

5) ПД угасает по мере деполяризации мембранного потенциала

Такая же последовательность событий возникает при депрессии в коре, т.к. увеличивается концентрация K+ от нормального уровня в 3 ммоль до 50 или более. Считается, что распространяющаяся депрессия лежит в основе симптомов мигрени в зрительной коре. Почему эта последовательность событий возникает при увеличении равновесного потенциала K+?

1. Это возникает по причине того, что катодический ток слишком долгое время действует на возбудимую клетку и в результате мы наблюдаем, что вместо возбуждения развивается глубокое торможение, утрачивается способность генерировать потенциал действия.

Задание 9. Рефрактерный период.

Какова продолжительность абсолютного рефрактерного периода и относительного рефрактерного периода в данном эксперименте?

Задержка, мс	Порог амплитуды, мВ
6	46
5	50
4	80
3	158
2	369
1	-

При увеличении задержки перед вторым стимулом пороговое значение амплитуды стимула снижается, потому что мембрана восстанавливает со временем чувствительность после первого стимула. При задержке равной 1 мс повторного ПД не происходит, т.к. после первого стимула потенциал зависимые натриевые каналы закрываются и не могут открыться вторично сразу, мембрана становится невозбудимой. Это называется временем рефрактерной.

ВЫВОДЫ

1. В случае снижения проницаемости мембраны для ионов К+ длительность ПД увеличивается, в случае повышения - уменьшается.

2. Чем выше проницаемость мембраны для ионов натрия, тем ниже порог возникновения потенциала действия для нейрона.

3. Если значение амплитуды стимула ниже порогового значения, то ответ клетки возникает быстрее.

4. При увеличении натриевого равновесного потенциала открывается больше натриевых каналов, возникает лавинообразный нарастающий ток натрия, а когда каналы закрываются, то им нужно время для того, чтобы открыться повторно.Начальная фаза натриевого тока имеет точку перегиба из-за встречных токов натрия и калия.

5. Анодное размыкательное возбуждение вызывает ПД, клеточная мембрана гиперполяризуется.

6. На мембране калиевых каналов больше, чем натриевых.

7. Начальная фаза натриевого тока имеет точку перегиба из-за встречных токов натрия и калия.

8. При длительном действии католического тока на возбудимую клетку вместо возбуждения развивается глубокое торможение, в результате утрачивается способность генерировать ПД.

9. После периода абсолютной рефрактерности следует относительная рефрактерность, при которой ПД возможен при повышенных параметрах стимула.



Лабораторная № 3

Выполнили:

Завизенов Г.К.

Опря А.С.

Васильева М.М.

Постсинаптические потенциалы

Цель: Изучить основные принципы и механику работы постсинаптических потенциалов

Задачи:

1. Изучить свойства постсинаптических потенциалов

2. Изучить различия между возбуждающим и тормозящим постсинаптическими потенциалами

Оборудование:

1. Компьютер

2. Программа MetaNeuron

Ход работы

Задание 1. Временная суммация.

Необходимое для возникновения потенциала действия пороговое значение достигается при амплитуде 23 мкА

При плавном уменьшении сопротивления мембраны с 10 до 2 кОм*см2 ПД не возникает. Так происходит из-за того, что силы стимула не хватает для его возникновения. Изменения во временной суммации влияют на достижение порогового уровня, необходимого для возникновения ПД

Если стимуляция будет происходить каждые 3мс, то для генерации ПД необходимо 9 стимулов. При уменьшении периода стимуляции до 2мс, нужно будет подать 6 стимулов. Связано это с уменьшением промежутка между подачей стимула.

Задание 2.

Обратный потенциал во время возбуждающего постсинаптического потенциала.

ВПСП поменяет полярность при значении напряжения равном 115µА.

Изменим ток удержания от -50 до 200 мВ (шаг 20 мВ) и построим график зависимости амплитуды ВПСП от напряжения тока удержания.

Зависимость величины напряжения тока удержания и амплитуды ВПСП

Таблица 1.

Напряжение тока удержания (мкА)	Амплитуда ВПСП (мВ)
-50	38
-30	34
-10	29
10	24
30	19
50	15
70	10
90	6
110	1
130	3
150	8
170	13
190	17
210	22



График зависимости амплитуды ВПСП от напряжения тока удержания

Амплитуда ВПСП становиться ниже при приближении значения тока удержания к значению, при котором возникает "обратный потенциал". Это работает и в обратную сторону: при увеличении значения тока удержания амплитуда ВПСП увеличивается. Амплитуда, относительно предыдущего значения, вырастает более резко (разница больше) из-за того, что натриевый ток сильнее, чем калиевый.

Изменим ток удержания K+ до 0,5 и построим график зависимости амплитуды ВПСП от напряжения тока удержания.

Зависимость величины напряжения тока удержания К+ и амплитуды ВПСП.



Таблица 2.

Напряжение тока удержания К+ (мкА)	Амплитуда ВПСП (мВ)
-50	40
-30	36
-10	32
10	29
30	25
50	21
70	17
90	13
110	9
130	4
150	1
170	3
190	7
210	11



График зависимости величины напряжения тока удержания К+ и амплитуды ВПСП

Можем заметить, что изменился обратный потенциал. ВПСП поменяет полярность при значении напряжения равном 159µА.

В этом случае при приближении значения тока удержания к значению, при котором возникает «обратный потенциал, амплитуда ВПСП становиться ниже. С увеличением значения тока удержания амплитуда ВПСП увеличивается.

При этом изменения зависимости не наблюдается, т.е. к «нулевой» точке (значение, при котором возникает обратный потенциал) амплитуда также снижается, а затем увеличивается по мере увеличения тока удержания.

В обратном потенциале отличие заключается в том, что при увеличении удерживающего тока К+ на одинаковые значения амплитуда ВПСП возрастает относительно предыдущего значения, но более плавно. Так происходит из-за того, что калиевый ток слабее, чем натриевый (ионные токи направлены навстречу друг другу).

Задание 3.

Обратный потенциал во время тормозного постсинаптического потенциала (ТПСП).

Построим график зависимости амплитуды ТПСП от напряжения тока удержания. Будем изменять значение тока удержания от -50 до 200 мВ (шаг 50 мВ).

Обратный потенциал возникает при значении напряжения тока удержания = -23 µА

Таблица 3

Зависимость амплитуды ТПСП от напряжения тока удержания Cl.

Напряжение тока удержания Cl- (мкА)	Амплитуда ТПСП (мВ)
-50	4
-30	2
-10	1
10	3
30	6
50	8
70	11
90	14
110	16
130	19
150	21
170	24
190	27
210	30



График зависимости амплитуды ТПСП от напряжения тока удержания Cl-2

При приближении значения тока удержания к значению, при котором возникает обратный потенциал, амплитуда ТПСП снижается. С увеличением значение тока удержания амплитуда ТПСП увеличивается.При этом относительно предыдущего значения, амплитуда вырастает равномерно.



Вывод

Изменения во временной суммации влияют на достижение порогового уровня, необходимого для возникновения ПД. При повышении напряжения тока удержания амплитуда ВПСП до определённой точки уменьшается, а затем вновь увеличивается. Изменение обратного потенциала происходит при снижении проницаемости К⁺. При увеличении напряжения тока удержания амплитуда ТПСП увеличивается. При напряжении равном 115 µА ВПСП поменяет полярность. Изменяя ток удержания от 200 до -50 мВ (шаг 20 мВ), можем сделать вывод, что при повышении напряжения тока удержания повышается и амплитуда ВПСП и ТПСП. При переходе через ноль амплитуда снижается, а затем, с увеличением тока удержания, увеличивается.

Размещено на Allbest.ru

...