Київський національний університет імені Тараса Шевченка

1. Міністерство освіти і науки України Київський національний університет імені Тараса Шевченка Біофізика сенсорних систем Біофізика сенсорних систем к.б.н., доцент кафедри біофізикиМартинюк Віктор Семенович

2. Загальні принципи сенсорної рецепції Рецептор - (от лат. recipere - получать), в широкому розумінні це спеціалізована структура, яка сприймає фізичні або хімічні сигнали навколишнього або внутрішнього середовища і трансформує їх в іншу форму сигналу, яку сприймають аналізуючі та виконавчі системи клітин або функціональних систем організму. Сприйняття сигналу завжди відбувається на молекулярному рівні, тому молекулярні рецепторні структури є основою рецептивних процесів. Історично склалося так, що рецепторами вважають нервові утворення, які перетворюють фізико-хімічні впливи з зовнішнього або внутрішнього середовища на нервові імпульси.

3. Загальні принципи клітинної сигналізації та її основні компоненти • Фізичні фактори: температура, механічний або електромагнітній вплив. • Інформони: гормони, цитокіни, фактори росту, нейротрансмітери, феромони, інші хімічні сполуки. • Клітинні рецептори: • рецептори мітогенів (факторів росту) з тирозинкіназною активністю; • рецептори, які спряжені з G- білками (80% відомих рецепторів); • рецептори-іонні канали; • рецептори імуноглобулінового ряду; • інтегрини; • ядерні рецептори; • інші. • G-білки – це гуанін-нуклеотидзв'язуючи білки, які передають сигнал з мембранних рецепторів на ефекторні молекули в клітині. 80% відомих рецепторів взаємодіють з G- білками.

4. Загальні принципи клітинної сигналізації та її основні компоненти Ефекторні молекули – це молекули, які утворюють внутрішньоклітинні посередники сигналу, сприйнятого рецептором (аденілатциклаза, фосфоліпаза С, фосфоліпаза А2, інші). Вторинні месенджери (внутрішньоклітинні посередники) – це молекули, які активують різні молекулярні механізми регуляції клітинних процесів (цАМФ, цГМФ, ДАГ, ІФ3, Са2+). Фосфорилювання білків - це основний механізм переключення активності білків та функціональної активності клітин. Фосфорилювання білків каталізують специфічні і неспецифічні протеїнкінази. Дефосфорилювання- це механізм релаксації та обмеження функціональної активаціїклітин, який забезпечується фосфатазами.

5. Загальні принципи рецепції Спільність молекулярних механізмів рецепторних реакцій в різних сенсорних системах

6. Загальні принципи рецепції Посилювання (ампліфікація) сенсорного сигналу в клітині

7. Загальні принципи рецепції Посилювання (ампліфікація) сенсорного сигналу в клітині

8. Загальні принципи рецепції Інтеграція сигналів різної природи

9. Загальні принципи рецепції Цитоплазматична рецепціята реалізація сигналу в клітині

10. Загальні принципи рецепції Мембранна рецепціята реалізація сигналу в клітині.

11. Загальні принципи рецепції Мембранна рецепціята реалізація сигналу в клітині

12. Сенсорні системи Клітинні рецептори є складовою частиною так званих аналізаторів, тобто сенсорних систем, які являють собою складні анатомічні, гістологічні і фізіологічні структури, головним завданням яких є сприймання та системний аналіз сигналів, які надходять з навколишнього або внутрішнього середовища. Окремі рецептори анатомічно пов'язані один з одним і формують рецептивні поля, які можуть перекриватися. Перетворення енергії подразника на електричний сигнал є головною особливістю клітинних рецепторів. Первинні рецептори – це рецепторні клітини, у яких трансформація енергії подразника відбувається безпосередньо в їх мембрані. Вторинні рецептори – це клітинні рецептори, у яких енергія подразника трансформується у клітинний процес генерації хімічного сигналу (медіатору), який у свою чергу призводить до генерації потенціалу дії у нервових закінченнях.

13. Сенсорні системи В залежності від природи подразника рецептори сенсорних систем поділяють на: Механорецептори (механорецептори вуха, вестибулярного апарату, м'язів, судин, ін.) Хеморецептори (смакові, нюхові, рецептори О2 і СО2 рецептори). Фоторецептори (рецептори зорового аналізатору) Термоецептори (рецептори шкіри, внутрішніх органів). В залежності від положення в організмі: Экстерорецептори (рецептори, які отримують інформацію від зовнішніх джерел подразнення – смакові, слухові, зорові, нюхові). Інтерорецептори (рецептори, які отримують інформацію від внутрішніх джерел подразнення). Пропріоцептори (рецептори, які сигналізують про стан м'язів та опорно-рухової системи).

14. Сенсорні системи

15. Сенсорні системи Окремі види найпростішого кодування у формі генерації потенціалів дії: Сила фактора  частота імпульсів; Швидкість зміни сили фактора  частота імпульсів; Тривалість дії фактора  тривалість імпульсації; Частота-амплітудафактора  тривалість міжімпульсних інтервалів – частота імпульсів (кодування звуку).

16. Сенсорні системи Відповіді первинних і вторинних нервових закінчень м'язових веретен. А – імпульсація у нервових волокнах. Б – відповідь нервових закінчень на м'язовому веретені на різну швидкість розтягнення.

17. Сенсорні системи Залежність рецепторного потенціалу (АR) від натягнення (АT) при накладенні сили синусоїдальної форми (10 Гц 10 мм) на м'язове волокно

18. Сенсорні системи

19. Сенсорні системи Спектральна чутливість слухового аналізатору людини: 1 – поріг больового відчуття (І’ ≈ 1 Вт/м2 ); 2 – поріг чутливості (І0 = 10-12 Вт/м2); А –діапазончутливості.

20. Сенсорні системи Залежність суб’єктивного сприйняття гучності звуку від частоти. Лінії, які відстоюють один від одного на 10 дБ на частоті 1000 Гц, відповідають суб’єктивно однаковому рівню гучності звуку. Нижня лінія – поріг чутливості; верхня лінія – поріг больового відчуття.

21. Волоскова клітина .

22. Сенсорні системи .

23. Електрична відповідь волоскових клітин на рух стереоцилій

24. Гіпотетична ворітно-зсувна модель стимуляції волоскових клітин

25. Сенсорні системи

26. Сенсорні системи

27. Сенсорні системи

28. Зорова система. Око як оптична система.

29. Зорова система. Око як оптична система. Будова сітківки П – пігментний шар. Н – зовнішня погранична мембрана. НЯС – зовнішній ядерний шар. НСС – зовнішній синаптичний шар. ВЯС – внутрішній ядерний шар. ВСС – внутрішній синаптичний шар. Г – шар гангліонарних клітин. В – шар волокон зорового нерва світло

30. Зорова система. Сітківка. Пігментний епітелій Колбочки і палички Горизонтальна клітина Біполярна клітина Амакринна клітина Гліальна клітина Гангліонарна клітина Зоровий нерв Світло

31. Зорова система. Сітківка.

32. Особливості зорової рецепції Втрати світлового потоку при проходженні світла через оптичну систему ока складає приблизно 50%. Приблизно 40% світлового потоку втрачається при проходженні світла через шари клітин сітківки. Приблизно тільки 10% світла поглинається зоровим пігментом колбочок та паличок. На сітківці знаходиться приблизно 110-125 млн. паличок і 6-7 млн. колбочок. Палички і колбочки розташовані нерівномірно – у центрі в основному знаходяться колбочки, на периферії – тільки палички. Мінімальна яскравість, яку здатне сприйняти око людини, тобтоабсолютний поріг чутливості - 2*10-17 Дж на поверхні сітківки, що відповідає 58 квантам зеленого світла. Мінімальна відміна у яскравості dI, яка сприймається на освітленому поліI є відмінним порогом чутливості. Відношення dL/I = constє диференціальним порогом. Чим яскравіший фон I, тим більшим повинно бути dI

33. Особливості зорової рецепції Палички – довжина 63-81 мкм, діаметр 1,8 мкм, зоровий пігмент – родопсин з максимумом поглинання світла 550 нм. Колбочки – довжина 35 мкм, діаметр – 5-6 мкм, зоровий пігмент – йодопсин з максимумом поглинання 440, 540, 570 нм. На сітківці знаходиться приблизно 110-125 млн. паличок і 6-7 млн. колбочок.

34. Особливості зорової рецепції

35. Особливості зорової рецепції Родопсин – інтегральний мембранний білок Трансдуцин – представник G-білків, які активують ефекторні білки

36. Особливості зорової рецепції • Дослідження Уолда • Встановив ключову роль ретиналю. • Становив фотодисоціацію родопсину. • Показав відновлення функції родопсину при додаванні цис-ретиналю до знебарвленого опсину. • 1967 р. – отримав Нобелівську премію.

37. Особливості зорової рецепції Перетворення у структурі ретиналю при поглинанні кванта світла

38. Перетворення у структурі ретиналю при поглинанні кванта світла

39. Загальні принципи сенсорної рецепції

40. Загальні принципи сенсорної рецепції • Фоторецепторний потенціал • У стані спокою фоторецепторна мембрана частково деполяризована внаслідок постійної цГМФ-залежної активації іонних каналів. • Поглинання світла родопсином призводить до його конформаційних перетвореннь. • Зміна конформації родопсину є фактором, який сприяє взаємодії родопсину (опсину) з трансдуцином (G-білком) • Активація фосфодіестерази субодиницею трансдуцину, що активує розщеплення цГМФ. • Зниження концентрації цГМФ і активності цГМФ залежної активації Na+-каналів. • Гіперполяризація фоторецпторної мембрани (фоторецепторний потенціал).

41. Загальні принципи сенсорної рецепції Фоторецепторний потенціал

42. Загальні принципи сенсорної рецепції

43. Особливості зорової рецепції Кольоровий зір Трьохкомпонентна теорія зору запропонована у 1801 р. Т. Юнгом і детально розроблена Г. Гельмгольцем. Світлові хвилі різних довжин сприймаються всіма колбочками та паличками, однак по різному, що пов'язано з різними спектральними характеристиками родопсину і йодопсинів. Колір сприймається як суміш базових кольорів, наприклад синього, зеленого і червоного. Колір можна встановити за допомогою т.з. RGB-діаграми.

44. Особливості зорової рецепції

45. нм Особливості зорової рецепції людини Кольорова діаграма Міжнародної комісії з освітлювання (MKO) та трикутник системи RGB МКО

46. Особливості зорової рецепції людини Фоторецептори безхребетних

47. Особливості зорової рецепції людини Фоторецептори безхребетних Зорова система безхребетних

48. Особливості зорової рецепції людини Три типу складних очей у безхребетних

49. нм Дякую за увагу Дякую за увагу