Генерация потенциала покоя. Уравнение Гольдмана-Ходжкина-Катца

Разновидность пассивного транспорта через мембрану. Понятие об активном транспорте.

Явления переноса молекул и атомов через мембрану при диффузии относятся к пассивному транспорту - ионы перемещаются из области большей их концентрации в область меньшей концентрации или перемещение ионов по направлению силы действующей на них со стороны электрического поля мембраны. Пассивный транспорт не связан с затратой химической энергии, он осуществляется в сторону меньшего электрохимического потенциала. Наряду с пассивным транспортом, в клетках осуществляется активный транспорт - перенос молекул и ионов в сторону больших концентраций (и большего потенциала). Системы мембран, способствующие созданию градиентов ионов калия и натрия получили название натрий-калиевых насосов. Простая диффузия подчиняется закону Фика для молекул; для нейтральных и заряженных частиц уравнение Нернста-Планка. В живой клетке они обеспечивают прохождение кислорода и углекислого газа. Ряд лекарственных веществ и ядов так же проникают через липидный слой, но уже по более сложной схеме. Но простая диффузия протекает медленнее и не сможет обеспечить клетку в нужном количестве питательными веществами. Есть и другие механизмы пассивного переноса: диффузия через канал (пору), облегченная диффузия (в комплексе с переносчиками). Диффузия через каналы описывается через диффузные уравнения (Фика и Нернста-Планка). Но каналы обладают селективностью (избирательностью), для разных ионов проницаемость разная. При облегченной диффузии через мембраны ионы и молекулы переносятся специальными молекулами – переносчиками. (валиномицин - антибиотик, переносит через мембраны ионы калия). Транспорт с помощью переносчиков осуществляется и в качестве эстафетной передачи.

При активном переносе ионы натрия активируют натрий–калиевый насос на внешней стороне мембраны, а ионы калия на внутренней. Активного переноса нет, если во внешней среде К⁺ из клетки не переносится Na⁺, если внутри клетки нет Na, то снаружи не переносится К⁺.

Натрий–калиевый насос переносит изнутри наружу 3 иона Na⁺, а снаружи внутрь 2К⁺. Внутренняя часть клетки имеет «-» потенциал покоя. Между внутренней и наружной частью мембраны создается и поддерживается разность потенциалов

Поверхностная мембрана клетки неодинакова проницаема для разных ионов. Концентрация каких либо ионов по обе стороны мембраны различны. Внутри клетки поддерживается наиболее благоприятный состав ионов. Это приводит в нормально функционирующей клетке к появлению разности потенциалов между цитоплазмой и окружающей средой - потенциал покоя. Основной вклад в его создание и поддержание вносят ионы Na+, K+, Cl-. Суммарная плотность клетки с учетом их знаков I=I(Na+)+I(K+)-I(Cl-)

в стационарном состоянии она = 0

Потенциал мембраны описывается уравнением Гольдмана-Ходжкина-Катца.

p - плотность потока ионов. []_i и []_{0 -} концентрации ионов внутри клетки и снаружи.

R- универсальная газовая постоянная;

F-число Фарадея;

Т-абсолютная температура Различные концентрации ионов внутри клетки и снаружи созданы натрий-калиевыми насосами.

Используя это уравнение можно найти потенциал покоя, зная концентрации ионов внутри клетки и снаружи. Если пренебречь проницаемостью всех ионов кроме одного,то можно получить уравнение Нернста для равновесного состояния: _{или и др}

№27 Генерация потенциала действия особенности распространения потенциала действия по нервному волокну.

При возбуждении клетки разность потенциалов между клеткой и окружающей средой изменяется-возникает потенциал действия (фи). Он напоминает периодические процессы при зарядке и разрядке конденсатора. Исследования Ходжкина, Хаксли и Катца показали что при возбуждении клетки изменяется проницаемость для ионов тканевых электролитов. В начальный момент времени ионы Na+ пропускаются снаружи (где их концентрация больше) внутрь. При таком нарушении равновесия ионы К+ начинают перемещаться наружу в область меньшей их концентрации, до тех пор пока не установится фи.

Ионные каналы белкового происхождения селективно пропускают ионы разного вида. Канал может быть закрыт молекулами ядов. Его пропускная способность зависит от действия некоторых лекарств.

Распространение потенциала действия по нервному волокну описывается телеграфным уравнением:

Волна возбуждения не затухает, т.к. получает энергию из самой среды, в которой она распространяется (энергия заряженной мембраны).Такие волны называются автоволнами, а среда – активной.

Распространение потенциала действия по нервному волокну происходит в форме автоволны. Активной средой являются возбужденные клетки. Скорость распространения (V) пропорциональна корню из r, толщине, удельному сопротивлению мембраны. У позвоночных повышение скорости распространения возбуждения происходит за счет миелинезации волокон. Нарушение миелиновой оболочки приводит к нарушению распространению потенциала действия и к тяжелым нервным заболеваниям.

Дата добавления: 2014-12-26