загрузка...
загрузка...
На головну

МЕМБРАННИЙ ПОТЕНЦІАЛ

  1. АНАЛІЗ І ОЦІНКА ЕКОНОМІЧНОГО ПОТЕНЦІАЛУ РЕГІОНУ
  2. Аналіз масштабу і потенціалу ринку
  3. Аналіз потенціалу залученого персоналу
  4. Асиміляційні потенціал (ємність) навколишнього природного середовища
  5. Аудит кадрового потенціалу
  6. Біологічний потенціал здоров'я
  7. Багатство реальне і потенційне

Дифузійний потенціал на кордоні двох розчинів поступово зменшується в результаті вирівнювання концентрацій. Стабілізувати потенціал, що виникає на межі поділу рідина - рідина, можна, якщо дотичні розчини розділити мембраною з виборчою проникністю (напівпроникною). Така мембрана здатна вибірково пропускати ті чи інші іони і молекули, в результаті чого виникає мембранний потенціал - фм.

Мембранним потенціалом називається потенціал, возпікающій між сторонами мембрани з виборчої проникністю, що розділяє два розчини різного co става.

 
 

 Величину мембранного потенціалу можна визначити, склавши гальванічний ланцюг, в якій в розчини, розділені мембраною з виборчою проникністю, опущені два електроди порівняння:

ЕРС такий гальванічної ланцюга характеризує величину мембранного потенціалу.

Мембранний потенціал залежить від відносини активностей іонів в розчинах, розділених мембраною, і від властивостей мембрани. Мембрани характеризуються проникністю, т. Е. Здатністю пропускати певні види іонів, які є потенціалопределяющего у виникненні даного мембранного потенціалу. Проникність мембрани для різних іонів X і Y характеризується коефіцієнтами проникності Р (Х) і P (Y). Розрахувати значення мембранного потенціалу для мембрани, проникною для двох видів іонів, можна за наступним рівнянням:

де анар(Х), авн(Х), aнap(Y), aBH(Y) - активність потенціал визначають іонів X і Y в розчинах зовні і всередині клітини; Р (Х), P (Y) коефіцієнт проникності мембрани для іонів X і Y.

Для живих клітин, особливо для клітин нервової системи, важливе значення має відмінність в концентраціях іонів К+ і Na+ всередині і зовні клітини, тому ці іони є птенціалопределяющімі для клітин нервової системи:

 Іони авн(Х), ммоль / л  aнар (X), ммоль / л авн(Х) / анар(Х)  P (K +) / P (Na+)
 спокій  збудження
к+Na+  400 50  20 440  20 1/9  100 1/12

Через клітинну мембрану іони К+ і Na + мимовільно пересуваються по іонним каналам відповідно до градієнтом концентрацій. У стані спокою в мембрані в основному відкриті канали для проходження іонів К+ і практично закриті натрієві канали. При порушенні - навпаки: відкриті головним чином канали для іонів Na+ і майже повністю закриті для іонів К+. Таким чином, проникність клітинної мембрани для іонів К+ і Na+ залежить від її стану: спокій або збудження - і характеризується різним ставленням коефіцієнтів проникності для цих іонів P (K+) / P (Na+).

Виборча проникність клітинної мембрани і різниця в активності іонів Na + і К+ по обидва боки від неї призводять до встановлення мембранного потенціалу (рис. 25.6).

У спокої іони К+ з внутрішньоклітинного розчину, де їх концентрація в 20 разів вище, ніж зовні, переходять через клітинну мембрану в зовнішній розчин. При цьому зовнішня поверхня мембрани заряджається позитивно за рахунок перейшли іонів К+, А внутрішня поверхня - негативно за рахунок надлишку органічних аніонів, що залишилися всередині клітини. Таким чином, виникає мембранний потенціал спокою фпок, Що перешкоджає подальшому виходу іонів К+ з внутрішньоклітинного в зовнішній розчин і встановлення рівноваги в їх русі.

Потенціалом спокою називається мембранний потенціал, що виникає між внутрішньою і зовнішньою сто-I ронами клітинної мембрани, що знаходиться в збудженому стані.

Визначити потенціал спокою можна за допомогою двох мікроелектродів порівняння, що вводяться всередину клітини і в зовнішній розчин. Виміряне значення фпок для різних клітин лежить в межах від -70 до -90 мВ. Знак мінус говорить про те, що внутрішня поверхня мембрани заряжежа негативно. З огляду на активності іонів Na + і К+ всередині клітини і зовні, а також ставлення коефіцієнтів проникності мембрани для цих іонів, обчислимо потенціал спокою:

Розрахункове значення фпок добре узгоджується з: експериментально вимірюваним.

При подразненні клітини хімічним, електричним або механічним впливом вона переходить в збуджений стан, при цьому проникність її мембрани для іонів Na+ стає значно вище, ніж для К+. Тому іони Na+ з зовнішнього розчину, де їх концентрація в 9 разів вище, ніж усередині клітини, спрямовуються через клітинну мембрану у внутрішній розчин. Іони Na+ переносять позитивний заряд з зовнішньої поверхні мембрани і перезаряджати її внутрішню поверхню, змінюючи знак заряду з "-" на "+" і викликаючи швидку деполяризацию мембрани (рис. 25.6). При цьому на короткий час (<10-3 с) мембранний потенціал стає рівним приблизно +40 - +60 мВ, що повністю узгоджується з експериментальними і розрахунковими даними. Після припинення порушення мембрана знову стає проникною для іонів К + і непроникною для Na+. Іони К+ знову виходять з клітини відповідно до градієнтом концентрації, несучи з собою позитивний заряд до тих пір, поки на мембрані не відновиться потенціал спокою, т. е. не відбудеться реполяризация мембрани.

Таким чином, при порушенні клітинної мембрани за (1-2) - 10-3 з її потенціал з від'ємного значення (= -80 мВ)

Мал. 25.6. Виникнення мембранних потенціалів спокою та дії

змінюється на позитивний (<+50 мВ), а потім знову повертається до початкового значення.

Потенціалом дії називається амплітуда коливання (деполяризація і реполяризация) мембранного потенціалу, що виникає при порушенні клітинної мембрани.

На рис. 25.6 схематично показано виникнення потенціалу дії в клітині. Амплітуда коливання потенціалу становить приблизно 120-140 мВ.

Потенціал дії, виникнувши на одній ділянці клітини, викликає порушення сусідніх ділянок і поширюється по всій поверхні мембрани зі швидкістю 1-110 м / с.

Кількість іонів К+ і Na+, Що проходять через мембрану під час генерації потенціалу дії, становить не більше ніж 1 - 10-7 від кількості цих іонів всередині клітини, але навіть і при проходженні великого числа імпульсів концентрації іонів К+ і Na+ в розчинах з обох боків мембрани залишаються майже незмінними. Це відбувається тому, що в мембрані клітини діє Na+/ K+-нacoc. Він, використовуючи енергію АТФ, викачує з клітини іони Na+ і накачує в неї іони К+ (В співвідношенні 3: 2) проти градієнта концентрацій цих іонів (розд. 13.1.1).

Слід зазначити, що в загальному випадку виникнення потенціалу спокою і генерація потенціалу дії на мембранах різних клітин пов'язані з переходом через мембрану не тільки іонів К+ і Na+, Але також Са2+, С1, Н+ та інших іонів.

Вивчення биомембран м'язових і секреторних клітин показало, що у багатьох з них потенціал спокою виникає за рахунок переміщення іонів Na+, А потенціал дії має кальцієву природу. В цьому випадку генерація потенціалу дії відбувається при порушенні в результаті відкривання кальцієвих каналів і переміщення іонів Са2+ всередину клітини, що призводить до скорочення м'язи або до викиду секрету.

Сучасні дослідження біологічних внутрішньоклітинних мембран показали, що на них виникає протонний потенціал через відмінності в концентраціях іонів водню в розчинах, розділених цими мембранами (розд. 9.3.4). Протонний потенціал за умови проникності внутрішньоклітинної мембрани тільки для іонів Н+ можна обчислити за рівнянням для розрахунку мембранного потенціалу, ввівши в нього водневий показник рН = -lg а (Н +).

Встановлено, що протонний потенціал може служити джерелом енергії для всіх видів робіт, характерних для живої системи: хімічної, осмотичної, механічної, - і джерелом теплоти.

Слід зазначити, що робота клітин порушується, якщо змінюється іонна проникність клітинних мембран. Подібне може відбуватися, наприклад, під дією деяких отрут: в нервових клітинах при порушенні блокуються канали для проходження іонів Na+, І тому припиняється генерація і передача потенціалу дії вздовж нервового волокна. Цим і пояснюється токсичну дію отрут на нервову систему організму (розд. 11.4).

Генерування мембранного потенціалу пов'язане з роботою серця, мозку, м'язів. Електричні потенціали, що виникають при діяльності серця, можна реєструвати за допомогою електрокардіографа на електрокардіограмі. ЕКГ - найважливіша характеристика серцевої діяльності. Біоелектричні потенціали мозку реєструються на електроенцефалограмі, м'язів - на електроміограмі, шлунка - на електрогастрограмме і т. Д.

Виборча проникність мембран щодо певного виду іонів і залежність мембранного потенціалу від концентрації цих потеніалопределяющіх іонів лежать в основі роботи іоноселективних електродів. Ці електроди дозволяють вимірювати концентрацію даного потенціалопределяющего іона в досліджуваній системі за величиною виникає мембранного потенціалу на електроді. Іоноселективні електроди широко використовуються в потенціометрії.



Попередня   252   253   254   255   256   257   258   259   260   261   262   263   264   265   266   267   Наступна

ПИТОМА ЕЛЕКТРИЧНА ПРОВІДНІСТЬ РОЗЧИНІВ ЕЛЕКТРОЛІТІВ | Молярна ЕЛЕКТРИЧНА ПРОВІДНІСТЬ РОЗЧИНІВ ЕЛЕКТРОЛІТІВ | ЗАКОН НЕЗАЛЕЖНОГО РУХУ ИОНОВ У розведених розчинах (ЗАКОН Кольрауш) | Граничної молярної електричну провідність іона | Кондуктометричну МЕТОДИ АНАЛІЗУ | кондуктометричну титрування | ЕЛЕКТРИЧНА ПРОВІДНІСТЬ БІОЛОГІЧНИХ ОБ'ЄКТІВ В нормі І ПАТОЛОГІЇ | ВИНИКНЕННЯ подвійного електричного ШАРУ І ВИДИ ЕЛЕКТРИЧНИХ ПОТЕНЦІАЛІВ | ЕЛЕКТРОДНИЙ ПОТЕНЦІАЛ. Стандартного водневого електрода. ГАЛЬВАНІЧНІ ЦЕПИ. Рівняння Нернста | ВІДНОВЛЮВАЛЬНИЙ ПОТЕНЦІАЛ |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати