Летучки и кр по физике

225

5.В клетку, имеющую площадь поверхности 150 мкм2, проникает 4,6 10-15 молей глюкозы в секунду. На 1 мкм2 мембраны клетки имеется примерно 600 молекул переносчика сахара. Сколько раз в секунду переносчик транспортирует молекулу глюкозы в клетку?

6.В результате длительного пребывания в помещении со значительно

повышенной концентрацией СО2 все клетки организма насытились углекислотой. Нарисуйте, как будет изменяться с течением времени скорость

переноса СО2 из клеток наружу после того, как человек перейдет в помещение с обычной (близкой к нулю) концентрацией СО2. Дайте этому графику словесное объяснение.

Вариант 13

1.Каким образом осуществляется транспорт липофильных веществ через клеточные мембраны?

2.Перечислите основные компоненты системы активного транспорта.

3.В стационарном состоянии на транспорт ионов Na+ и К+ затрачивается 5 10-6 молей АТФ на грамм ткани в секунду. Чему равен поток ионов Na+ в клетки мышцы в молях на грамм ткани в секунду?

4.В цитоплазме нерва млекопитающих концентрация ионов К+ 150 мкМоль см-3, а в межклеточной

жидкости 5,5 мкМоль см-3, если толщина мембраны 10 нм, то чему равен градиент концентрации для К+?

5.Диффузия вещества идет через два слоя (см. рисунок).

Се = 1 мкМоль см-3; Сi =0, 2 мкМоль см-3; l1 = 1см; l2 = 2 см;

D1 = 2 10-4 см2 с-1; D2 = 5 10-5 см2 с-1.

Найти градиенты концентрации в первом и втором слоях. (Указание: учтите, что поток вещества через первый и второй слой один и тот же).

D1 D2

6. Максимальная скорость проникновения сахара через мембрану клетки кишечного эпителия равна 12 мкМоль с-1. Константа сродства этого сахара к переносчику равна 1,5 мМоль л-1. Начертите (в масштабе) график зависимости скорости проникновения сахара от разности концентраций сахара вне и внутри клетки.

Вариант 14

1.Что такое облегченная диффузия?

2.Чем отличаются клеточные мембраны различных тканей организма?

3.В покое (т.е. в стационарном состоянии) за счет активного транспорта из

мышечного волокна откачивается 1.3 10-12 молей ионов Nа+ через 1 мкм2 в 1 час. Сколько, в среднем, в этом состоянии открыто калиевых каналов на 1мкм2 площади мембраны, если через каждый такой канал из клетки выходит 3,6 106 ионов К+ в секунду?

4. Человек начинает применять лекарственный препарат и принимает его достаточно часто, так что через несколько часов после начала приема

226

концентрация препарата в крови и в межклеточной жидкости становится практически постоянной. Нарисуйте, примерно, как будет меняться скорость поступления препарата в клетки с течением времени и дайте этому графику словесное объяснение.

5.Через слой ткани толщиной 20 мкм диффундирует 3.6 10-3 молей СО2 в час (в расчете на 1 см2). Чему равен коэффициент диффузии СО2 в этой ткани, если концентрация СО2 с одной стороны ткани 10-7 г см-3, а с другой в 2 раза меньше?

6.На графике показана зависимость потока некоторого вещества в клетки от

разности концентраций этого вещества вне и внутри клеток. Чему равна константа сродства этого вещества к переносчику? Каков максимально возможный поток вещества в клетки?

dm мг

dt с

50

40

30

20

10

ммоль л

Вариант 15

1.Как зависит коэффициент диффузии от температуры и вязкости среды?

2.В чем основные отличия активного и пассивного транспорта?

3.Найдите поток вещества, диффундирующего через площадку 0,5 см2 , если

в растворе поддерживается стационарное распределение этого вещества, так что на расстоянии 5 см разность концентраций вещества составляет 2 10-7 Моль см -3, а коэффициент диффузии составляет 1 10-8 см2 с-1.

4. Плотность потока некоторого вещества в растворе со стационарным распределением вещества равна 1,0 Моль (м2 с)-1 при градиенте концентрации 0,5 Моль м-4. Определить коэффициент диффузии растворенного вещества.

5. На 1 мкм2 мембраны клетки имеется примерно 600 молекул переносчика сахара. В клетку, имеющую площадь поверхности 150 мкм2 проникает 4,5 10- 15 молей глюкозы в секунду. Сколько раз в секунду переносчик транспортирует молекулу глюкозы в клетку?

6. На графике показана зависимость потока некоторого вещества в клетки от разности концентраций этого вещества вне и внутри клеток. Чему равна константа сродства этого вещества к переносчику? Каков максимально возможный поток вещества в клетки?

227

dm мг

dt с

10

8

6

4

2

ммоль л

Вариант 16

1. Каковы особенности строения мембран миелинизированных нервных волокон? 2. Какой процесс называется диффузией и от чего зависит скорость диффузии?

3. Сколько молей О2 продиффундирует через слой ткани толщиной 10 мкм за час (в расчете на 1см2), если концентрация кислорода с одной стороны 1 10-3г см-3, а с другой стороны в 5 раз меньше? Коэффициент диффузии О2 в ткани равен 10-5 см2 с-1.

4. Максимальная скорость проникновения сахара через мембрану клетки кишечного эпителия равна 12 мкМоль в секунду. Константа сродства этого сахара к переносчику равна 1,5 мМоль л-1. Начертите (в масштабе) график зависимости скорости проникновения сахара от разности концентраций сахара вне и внутри клетки.

5. В клетке на 1 мкм2 мембраны находится примерно 150 молекул К+ - Nа+ - активируемой АТФ-азы. Поток ионов К+ в клетку за счет активного транспорта равен 2,5 10-4 пМоль (мкм2с)-1. Сколько раз в секунду, в среднем, поворачивается в мембране молекула АТФ-азы?

6. На графике показана зависимость потока некоторого вещества в клетки от разности концентраций этого вещества вне и внутри клеток. Чему равна константа сродства этого вещества к переносчику? Каков максимально возможный поток вещества в клетки?

dm мг

dt с

100

80

60

40

20

228

Ci ммоль л

Вариант 17

1.Каковы основные функции клеточных мембран?

2.Каково основное состояние плазматических мембран клеток млекопитающих – кристаллическое, жидкокристаллическое или жидкое?

3.В стационарном состоянии поток ионов натрия в клетки мышцы равен

1,5 10-5 молей на грамм ткани в секунду. Сколько молей АТФ затрачивается в

этих условиях (на грамм ткани в секунду) на активный транспорт ионов Nа+ и К+?

4.В клетку, имеющую площадь поверхности 160 мкм2 проникает 4,8 10-15 молей глюкозы в секунду. На 1 мкм2 мембраны клетки имеется примерно 600 молекул переносчика сахара. Сколько раз в секунду переносчик транспортирует молекулу глюкозы в клетку?

5. Диффузия вещества идет через 2 слоя (см рисунок): Се = 20 мкМоль см-3; Сi = 4 мкМоль см-3

l1 = 2 см; l2 = 4 см

D1= 10-6 см2 с-1; D2 = 5 10-7 см2 с-1

Расчитать градиенты концентрации в первом и во втором слоях.

(Указание: учтите, что поток вещества через первый и второй слой один и тот же.)

6. В растворе поддерживается стационарное распределение некоторого вещества. При этом на расстоянии l = 2 см разность концентраций этого вещества составляет 1·10-7 Моль см-3, коэффициент диффузии равен 5·10-8 см2 с-1. Найдите поток вещества, диффундирующего через площадку S =2 см2.

Раздел 7. Биологическая электродинамика Тема 12. Биологическая электродинамика

Практическое занятие № 4. Механизмы биоэлектрогенеза Вариант 1

1.Как устроен концентрационный элемент Нернста? Какое состояние устанавливается на мембране: равновесное или стационарное?

2.Объясните биофизический механизм действия яда тетрадотоксина и местного анестетика тетриэтиламмония.

3.Для какого потенциалзависимого канала избирательность выше? Сравните скорость транспорта ионов Na+ с помощью переносчиков с транспортом по каналам.

4.По данным об ионном составе цитоплазмы и межклеточной жидкости

229

рассчитать приблизительную величину потенциала инверсии (ПИ) гигантского аксона кальмара при температуре 27˚С.

5. Рассчитайте напряженность поля при потенциале инверсии, используя среднее значение толщины клеточной мембраны (смотри прилагаемый график).

Вариант 2

1.Запишите формулу для расчета ЭДС концентрационного элемента Нернста. При каком условии элемент не генерирует ЭДС при наличии концентрационного градиента соли на его мембране?

2.Как изменится вид графика потенциала действия, если поменять химический состав внутри аксона и снаружи: аксоплазму заменить на внеклеточную жидкость, а внеклеточную жидкость – на аксоплазму?

3.В каком состоянии напряженность электрического поля больше: при потенциале покоя или потенциале инверсии?

4.По данным об ионном составе цитоплазмы и межклеточной жидкости рассчитайте приблизительную величину потенциала покоя (ПП) гигантского аксона кальмара при температуре 27˚С.

5. Рассчитайте напряженность поля при потенциале инверсии, используя среднее значение толщины клеточной мембраны (смотри прилагаемый график).

Вариант 3

1.Запишите уравнение Гольдмана. В чем его отличие от уравнения Нернста и почему оно лучше отображает процессы биоэлектрогенеза?

2.Как соотносятся проницаемости мембраны аксона кальмара для ионов в покое и при возбуждении?

3.Будет ли изменяться потенциал покоя, если заблокировать систему активного транспорта (K+-Na+–насоса)?

4.По данным об ионном составе цитоплазмы и межклеточной жидкости рассчитайте приблизительную величину потенциала покоя (ПП) миелинизированного аксона мотонейрона кошки при температуре 37˚С.

5. Рассчитайте напряженность поля при потенциале инверсии, используя среднее значение толщины клеточной мембраны (смотри прилагаемый график).

230

Вариант 4

1.Назовите необходимые и достаточные условия поддержания разности потенциалов на биомембране.

2.Потенциал покоя нервного волокна кальмара равен -60 мВ, а потенциал инверсии +35 мВ. Вследствие чего происходит такое изменение мембранного потенциала?

3.Вольтамперные характеристики возбудимых и невозбудимых мембран. Понятие «критический мембранный потенциал».

4.По данным об ионном составе цитоплазмы и межклеточной жидкости рассчитайте приблизительную величину потенциала инверсии (ПИ) миелинизированного аксона мотонейрона кошки при температуре 37˚С.

5. Рассчитайте напряженность поля при потенциале инверсии, используя среднее значение толщины клеточной мембраны (смотри прилагаемый график).

Вариант 5

1.Проанализируйте уравнение Гольдмана для условий покоя и рассчитайте приближенное значение потенциала покоя в аксоне кальмара.

2.Объясните биофизический механизм действия яда тетрадотоксина и местного анестетика тетриэтиламмония.

3.От чего зависит величина критического мембранного потенциала? Как изменится величина порогового напряжения, если увеличить модуль потенциала покоя?

4.По данным об ионном составе цитоплазмы и межклеточной жидкости рассчитайте приблизительную величину потенциала инверсии (ПИ) в волокне скелетной мышцы кролика при температуре 37˚С.

5. Рассчитайте напряженность поля при потенциале покоя, используя среднее значение толщины клеточной мембраны (смотри прилагаемый график).

Вариант 6

1.Каким методом регистрируют мембранные потенциалы в эксперименте?

2.Нарисуйте график ПД, укажите его фазы. Напишите формулу ПД на основании уравнения Гольдмана.

3.Как изменится возбудимость мембраны, если увеличить модуль ПП?

4.По данным об ионном составе цитоплазмы и межклеточной жидкости рассчитать приблизительную величину потенциала покоя (ПП) в предсердном волокне миокарда человека при температуре 37˚С.