Потенциал покоя

Равенство Доннана.

При выводе уравнений, описывающих распределение ионов между клеткой и окружающей средой, выполняется условие электронейтральности, равенство суммарной концентрации анионов (в основном и ионов макромолекул ) катионов

как внутри клетки

,

так и снаружи клетки

.

Здесь -- число отрицательных зарядов на каждой белковой молекуле.

В межклеточной жидкости содержание катионов значительно выше, чем ионов макромолекул . Поэтому

- равенство Доннана

Экспериментально установлено, что цитоплазма в состоянии покоя имеет отрицательный потенциал, а окружающая среда- положительный.

Действительно, в первом приближении

В клетке в 20-40 раз.

Снаружи в 10 раз.

Это неравномерное распределение концентраций обусловлено насосом, при котором при переносе переносится . Кроме того, в клетке имеются анионы макромолекул (белков, аминокислот, и др.).

Ионы внутри клетки не связаны с другими ионами и могут диффундировать туда, где их мало, т.е. в окружающую среду. Т.е. в состоянии покоя клетка проницаема только для ионов . Анионы не могут проникать через мембрану и остаются на внутренней поверхности мембраны. Т.о. мембрана снаружи зарядится положительно, а внутри – отрицательно.

Между внутренней и внешней поверхностями мембраны возникает разность потенциалов мембранной природы. Эта разность потенциалов между клеткой и окружающей средой, измеренная в состоянии физиологического покоя, называется потенциалом покоя.

Если принять, в первом приближении, что потенциал покоя определяется только диффузией ионов , то величина потенциала покоя определяется как

уравнение Нернста.

- активная концентрация ионов внутри клетки,

- активная концентрация ионов снаружи.

Если = , то клетка мертва.

Но , поэтому . Например, для аксона гигантского кальмара

, а это подтверждает, что в основе возникновения потенциала действия лежит перенос ионов.

В реальности в состоянии покоя мембрана проницаема не только для ионов , но и для ионов и . Например, для аксона гигантского кальмара экспериментально установлено, что . Основной вклад в потенциал покоя вносят ионы и . Ионов переносится очень мало. Поэтому на внешней поверхности сосредоточивается положительный заряд, а на внутренней – отрицательный. Потенциал покоя определяется тремя диффузионными потоками и вычисляется (с учетом равенства Доннана) по формуле

.

Кроме простой диффузии ионов и может идти обменная диффузия, но, как мы отмечали, потоки их равны и обменная диффузия не влияет на мембранный потенциал.

Дата добавления: 2014-11-16