Ústav lekárskej biofyziky

Lekárska biofyzika – obsah štúdia Biofyzika bunky, transportné mechanizmy

Pokojový membránový potenciál

Ján Jakuš

(www.jfmed.uniba.sk/index.php?id=2642)

Martin 2008

1. Lekárska biofyzika- nie je FYZIKA, ani MATEMATIKA- je časť BIOFYZIKY- vedy, ktorá skúma fyzikálne

procesy v živých organizmoch- interdisciplinárny odbor štúdia medicíny- skúma fyzikálne zákonitosti v biologických

systémoch a účinok fyzikálnych javov na živé systémy (ekobiofyzika)

- princípy Lekárskej biofyziky využívajú predmety ako biológia, fyziológia a biochémia, etc

- vysvetľuje fyzikálne vlastnosti a biologické účin- ky ionizujúceho a neionizujúceho žiarenia

- prináša nové metódy diagnózy a liečby ochorení, dáva návrhy na konštrukciu nových lekárskych prístrojov a nástrojov

2. Lekárska biofyzika v systéme vied

3. Rozvoj mikro- a nanotechnológií- štruktúry o veľkosti 10-6 a 10-9 m- nanorúrky a fulerény sú zlúčeniny uhlíka- do nanorúrky alebo fulerénu môžeme

"vložiť iný atóm či atómy, čím zmeníme ich vlastnosti.

- v medicíne - mohli by slúžiť ako "doprav-covia" liekov na presne určené miesto v ľudskom tele. Fulerén by predstavoval obal, vo vnútri ktorého by bol prepravo-vaný liek a po dopravení na dané miesto by liek uvoľnil, alebo by vytvoril “ nano-robot“ – liečenie ochorení

Fulerén Nanorúrka

DNA – nanočip

Nanoroboty v genetickom inžinierstve

Nanorobot „opravuje“ chorý neurón

4. Ľudská bunka- základná anatomická a funkčná jednotka- veľkosť 5-120 µm, počet 60000 miliárd- znaky: metabolizmus, dráždivosť,

reprodukcia- súbor buniek tvorí tkanivo, súbor tkanív

orgány (206 kostí a cca 600 svalov )- zloženie: povrchová membrána, cytoplaz-

ma, organely (jadro, jadierko, mitochon-drie, Golgiho komplex, endoplazmatické retikulum, ribozómy...pozri biológiu)

Bunková membrána - intracelulárna (na povrchu organel)- plazmatická, pokrýva povrch buniek- polopriepustná (semipermeabilná), hrúbka cca 7,5 ηm- zloženie: 2 vrstvy lipidov (lipidická dvojvrstva)

+ 2 vrstvy bielkovín + cukry + cholesterol - u lipidickej 2-vrstvy rozlišujeme tzv. hydrofilné

hlavy a hydrofóbne chvosty- „hlavy“ sú tvorené fosfátmi, vo vode sú roz-

pustné, s kladným (+) nábojom, „chvosty“ sú mastné kyseliny so záporným (– ) nábojom

Plazmatická membrána-

Chemické zloženie a funkcia membrán- 45% tukov (fosfolipidy + cholesterol)- 55% proteínov (na povrchu a vo vnútri sú

plazmatické proteíny, prestupujúce membrá-nou sú integrálne). Proteíny vytvárajú stabilné otvory v membráne, ale aj nestabilné dynamic-ké iónové kanále (pre Na+,K+,Ca2+... ).

- Glykoproteíny na povrchu slúžia ako receptory pre väzbu hormónov a prenášačov. Iné tvoria enzýmy (Na-K ATP-áza čo je tzv. Na - pumpa)

- Funkcia membrán: rozdeľovacia (voda, soli, el. náboj), integračná (transportné mechanizmy) Membrány sú elektricky polarizované (zvonka sú kladne a zvnútra záporne nabité) a poloprie-pustnostné - semipermeabilné.

5. Transportné mechanizmy bunky- sú vitálne dôležité pre metabolizmus

buniek, pre tvorbu pokojového membrá-nového, ako aj činnostného elektrické-ho potenciálu

- Rozdelenie: A.PASÍVNY transport (jednoduchá difúzia, uľahčená difúzia, osmóza, filtrácia ) – nevyžadujú dodanie voľnej energie

B. AKTÍVNY transport (Na-K pumpa, Ca-pumpa, H-pumpa, exocytóza, fagocytóza, pinocytóza)- vyžadujú dodanie voľnej energie (z ATP)

Pasívny transport – Jednoduchá difúzia

Definícia:je to samovoľný, pasívny pohyb vody a rozpus-tených látok cez bunkovú membránu, z miesta s vyššou do miesta s nižšou konc.v smere koncen-tračného gradientu, ktorá sa riadi Fickovým záko-nom: Q = -d.A.(S1-S2 )[Q- hustota dif. toku, -d- koef.difúzie, A- difúz.

plocha,S1,S2 - konc.gradient]Difúzia sa zastaví pri vyrovnaní konc. látok v oboch kompartmentoch, pričom objem roztoku v nich zostáva rovnaký. Difundujú: plyny,ióny, chem. Látky - cez lipid. dvojvrstvu a bielk.kanále.3 druhy: Jednoduchá, Cez bielk. kanál, Uľahčená

Jednoduchá difúzia cez lipidickú dvojvrstvu