1. Мембранная теория Ю. Бернштейна.

1. Мембранная теория Ю. Бернштейна. Роль К-градиента ионов через мембрану и
избирательной проницаемости в создании трансмембранной разности потенциалов.
Уравнение Нернста. Понятие равновесного потенциала для потоков ионов через мембрану.
Экспериментальная проверка мембранной теории Ю. Бернштейна. Калиевые каналы
утечки – строение и функция. Эквивалентная электрическая схема мембраны с одним
проникающим ионом.
2. Модель мембраны с двумя проникающими ионами. Простейшая Доннановская
система. Количественное распределение проникающих ионов в Доннановской системе.
Правомочность применения Доннановской системы к живой клетке. Анализ участия
хлорной и калиевой проводимости в создании ППо. Эквивалентная электрическая схема
мембраны с двумя проникающими ионами (К+ и Cl–). Равновесный потенциал по хлору и
его соотношение с ППо клетки.
3. Модель мембраны с тремя проникающими ионами. Использование теории
постоянного поля Д. Гольдмана для описания токов через мембрану. Уравнение ионного
тока через мембрану как разновидности диффузионного уравнения Нернста–Планка.
Уравнение Гольдмана–Ходжкина–Катца, его экспериментальная проверка (соотношение
проницаемостей покоящейся мембраны к калию, натрию и хлору у аксона и других типов
клеток). Эквивалентная электрическая схема мембраны с тремя проникающими ионами.
4. Активный транспорт ионов. Определение активного и пассивного транспорта.
Механизмы обменной и облегченной диффузии. Основные экспериментальные факты,
указывающие на наличие активного транспорта ионов через мембрану (натрий-калиевый
насос). Действие сердечных гликозидов. Mg2+-зависимая, Nа+-К+-активируемая АТФаза:
молекулярная структура и свойства. Схема Скоу – трехтактная работа насоса. Основная
функция насоса: электрогенные и неэлектрогенные насосы в клетках.
5. Природа потенциала действия (ПД). Работы Коула и Кертиса по анализу
электрических характеристик (сопротивления и емкости) мембраны гигантского аксона
кальмара при возбуждении. Натриевая гипотеза генерации ПД Ходжкина–Хаксли–Катца и
ее экспериментальная проверка.
6. Метод фиксации потенциала на мембране. Интегральные ионные токи через
мембрану при генерации ПД. Методы разделения натриевого и калиевого токов. Вольтамперные характеристики натриевого и калиевого токов для заданного момента времени.
Принцип перевода кривых Na+- и K+-токов в кривые проводимости. Понятие
инактивации натриевого тока.
7. Ионные механизмы генерации ПД. Генерация ПД в миелинизированном и
немиелинизированном аксоне, скелетном мышечном волокне, соме нервной клетки.
Кальциевые токи, участвующие в ПД. Генерация ПД в гладкомышечных и сердечных
клетках. Особенности генерации ПД в нервных терминалях синапсов.
8. Математическая модель возбудимой мембраны Ходжкина–Хаксли. Уравнения
проводимости мембраны gNa+, gK+ как функция МП и времени. Кривые зависимости n-,
m-, h-коэффициентов от потенциала и времени. Реконструкция мембранного ПД.
Предсказание моделью основных функциональных свойств натриевого и калиевого
канала. Процесс инактивации натриевых каналов. Воротные токи натриевых каналов и их
экспериментальное выявление. Экспериментальная проверка математической модели
Ходжкина–Хаксли. Метод пэтч-клампа (его разновидности). Анализ проводимости
одиночных ионных каналов. Характеристики проводимости одиночных ионных каналов –
натриевого и калиевого.
9. Молекулярное устройство натриевого, калиевого и кальциевого потенциалзависимых каналов. Мультидоменное устройство белковой цепи канала. Гидрофильные
и гидрофобные домены. Участки–сенсоры напряжения в канале, домены для инактивации
каналов.
10. Молекулярные механизмы ионной проницаемости мембраны. Понятие о
гидратированном ионе и об относительной подвижности ионов в воде. Понятие об
ионоселективном фильтре натриевого и калиевого канала. Структура фильтра калиевого
канала, кальциевого канала.
11. Потенциал-активируемые ионные каналы. Молекулярная структура натриевого,
калиевого и кальциевого каналов. Сенсоры напряжения. Роль S4-фрагмента.
Молекулярные аналоги h-створки. Модель открытого и закрытого калиевого канала.
Быстрые и медленные Са2+-токи. Механизмы инактивации Са2+-токов и Са2+-канала.
Избирательные блокаторы потенциал-зависимых натриевого, калиевого и кальциевого
каналов. Структура и роль Са2+-зависимых К+-каналов.
12. Хемовозбудимые ионные каналы. Два типа хемовозбудимых ионных каналов:
быстро активируемые хемовозбудимые каналы (рецепторно-канальные комплексы) и
медленно активируемые (метаботропные) ионные каналы. Свойства «быстрого»
хемовозбудимого канала на примере канала н-холино-рецептора: прямая регистрация
токов через каналы одиночных ацетилхолиновых рецепторов методом пэтч-клампа.
Молекулярное устройство н-холинорецептора, ионоселективность, проводимость.
Избирательные блокаторы н-ХР. Нейрональный тип нХР, особенности альфа7-нХР.
13. Типы глутаматных рецепторов и их особенности (NMDA-тип, AMPA-тип и KA-тип
глутаматных рецепторов – строение и функции). Вольт-амперные характеристики токов
через глутаматные рецепторы.
14. Электрическая структура возбудимых клеток. Эквивалентная электрическая схема
сферической клетки. Связь входного сопротивления Rвх и входной емкости Суд
сферической клетки с удельным сопротивлением и удельной емкостью мембраны.
Переходный процесс зарядки мембраны, постоянная времени мембраны (τ).
15. Кабельная теория распространения возбуждения. Эквивалентная электрическая
схема цилиндрической клетки (на примере нервного и мышечного волокна). Связь Rвх
волокна с R удельным мембраны и протоплазмы. Переходный процесс зарядки мембраны
у волокна. Размерность и значения основных электрических констант (удельного
сопротивления, емкости, входного сопротивления, постоянной длины и времени) у разных
видов возбудимых клеток. Понятие о постоянной времени мембраны τ и о константе
длины – λ волокна. Факторы, влияющие на скорость распространения ПД (формула
Раштона). Интегральная функция нейрона: механизмы временной и пространственной
суммации сигналов в нейроне.
16. Механизмы передачи возбуждения от клетки к клетке. Электрические синапсы
(щелевые контакты – gap junctions). Коннексоны, их свойства. Щелевые контакты в
аксонах брюшной нервной цепочки рака, миокарде, гладкой мышце. Функции
высокопроницаемых щелевых контактов у возбудимых и невозбудимых клеток.
Коэффициент электрической связи клеток в разных типах тканей. Регуляция щелевых
контактов. Эквивалентная электрическая схема щелевых контактов. Принципиальные
отличия электрического и химического синапсов: сравнение функциональных
возможностей электрических и химических синапсов.
17. Химические синапсы на примере нервно-мышечного синапса скелетных мышц.
Механизмы секреции ацетилхолина. Квантовая природа секреции медиатора, везикулы,
их размеры и содержание. Природа постсинаптических потенциалов и токов (ионные
механизмы). Миниатюрные постсинаптические потенциалы. Понятие о равновесном
потенциале активированной постсинаптической мембраны, эквивалентная электрическая
схема постсинаптической мембраны. Экспериментальные измерения равновесного
потенциала активированной постсинаптической мембраны.
18. Химические синапсы в нервной системе. Особенности строения центральных
синапсов. Шипиковый тип синапса: число и расположение активных зон терминали.
Понятие о ВПСП и ТПСП. Ионные механизмы генерации ВПСП и ТПСП. Равновесные
потенциалы для хлорного (тормозного тока) и холинергического тока. Пространственное
и временное взаимодействие ВПСП и ТПСП на мембране.
19. Глутаматные синапсы и рецепторы. NMDA-рецепторы и АМРА-рецепторы в
центральных синапсах, ионные токи через глутаматные рецепторы и их роль в
синаптической пластичности и «проторении» синапсов.
20. Основные типы тормозных медиаторов в ЦНС. Роль ГАМК, ГАМКА- и ГАМКВрецепторов в пресинаптическом торможении. ГАМК-активируемые хлорные каналы и их
особенности. Разновидности и возможные механизмы пресинаптического торможения.