Лекция 6

1.

Лекция №6. Влияние электрических полей на
клетки. Электропорация. Электрослияние
мембран. Движение клеток.

2.

Влияние электрических полей на клетки
Электрические
поля
являются
нормальным
фактором
функционирования большинства биологических мембран. Нарушение
стабильности мембран в сильных электрических полях подробно изучено
на модельных системах — бислойных липидных мембранах.
БЛМ
отличаются
исключительно
высокой
устойчивостью
к
кратковременному
действию
сильного
электрического
поля.
Электрический пробой мембраны происходит при потенциале около
4 × 105 В/см. При этом, в отличие от электрического пробоя в твердых
телах, действие электрического поля на бислой является обратимым:
после снятия электрического поля мембрана полностью восстанавливает
свои функции.

3.

Схема
экспериментальной установки, применяемой для проведения
измерений на бислойных мембран
Лучше всего эта модельная система
подходит для измерения электрических
характеристик липидного бислоя:
- электрическая емкость,
- проводимость,
- потенциал электрического пробоя,
- мембранный потенциалы и др.
Именно
благодаря
возможности
проведения
разнообразных
электрических измерений БЛМ сыграли
исключительно
важную
роль
в
изучении ионного транспорта через
биологические мембраны.

4.

При действии на суспензии клеток импульсных электрических полей высокой
напряженности (импульсы длительностью от мкс до мс при напряженности поля в
несколько кВ/см) отмечены нарушения проницаемости клеточных мембран и гибель
клеток.
Электростимулируемый лизис (растворение клеток и их систем, в том числе
микроорганизмов,
под
влиянием
электрического
поля)
клеток
был
продемонстрирован для бактерий, дрожжей и эритроцитов. Лизат - продукт лизиса
какого либо органа или ткани.

5.

Нарушение барьерных свойств мембраны обусловлено индукцией в электрическом
поле трансмембранного потенциала величиной до 1 В. Тщательный контроль
параметров электрической обработки клеток позволяет вызывать обратимое
повышение проницаемости клеточных мембран
с целью введения в клетки
биологически активных веществ и чужеродных генов.
Наряду с порацией мембран, электрические поля способны индуцировать слияние
клеток, что может быть использовано для получения гибридов.
Кроме того, воздействие электрических полей может
-активировать функцию мембранных белков,
-стимулировать протекание клеточных процессов,
-вызывать морфологические изменения, такие как формирование
клеточных отростков на поверхности клеток.

6.

Эффекты, вызываемые действием электрических полей на
клеточные мембраны могут быть классифицированы следующим
образом:
1) электропорация,
2) электрослияние,
3) движения в электрическом поле (электрофорез,
диэлектрофорез и электровращение),
4) деформации мембран,
5) электротрансфекция,
6) электроактивация мембранных белков.

7.

Электропорация
При исследовании электропорации обычно используют
короткие импульсы
прямоугольной формы.
Для расчета трансмембранного
электрического потенциала,
индуцируемого внешним
электрическим полем в клетке
используют уравнение Максвелла:
∆